珠江河口潮流流量变化控制指标初探

随着珠江河口地区滩涂岸线资源开发和涉水工程建设,河口边界形态及动力环境产生了巨大的变化;动力环境变化必然引起河口河床形态的调整,对潮汐河口稳定产生深远的影响。以珠江河口潮汐通道稳定性分析为基础,探讨潮汐河口的河相关系,初步提出了河口潮流变化控制指标。研究建立了珠江河口口门断面面积与多年平均落潮流量之间的关系,并建立了近期口门均衡断面的河相关系;在此基础上,预测了河口潮流变化引起的口门河床冲淤变化。根据河床冲淤变化与口门行洪能力调整的关系,提出了河口口门落潮流量变化控制指标为1%~2%,研究成果为河口涉水工程管理提供了定量指标参考。     

平原冲积河流及潮汐河口的河床形态

本文试图从流域、河流及河口的整体观点出发,应用河流动力学的基本规律和方法,从理论上探讨冲积河流及其感潮河口段的河床形态.考虑到平衡河床或接近平衡的河床应当能够在一定时间内排泄全部来水量和来沙量(包括涨潮期间由海口进入的潮水量和沙量),利用连续方程式、输沙平衡方程式、动力方程式及河床最小活动性方程式,导得河床水力几何形态关系式.文中引用了许多河流和潮汐河口资料以及部分渠道资料对公式进行了验证.在此基础上对断面形态、放宽率和纵剖面形状进行了讨论,明确了它们与来水、来沙及河床边界因素的定性和定量关系.文中提出了描述河床活动性的综合指标,并给出了指标的大致数值.     

上荆江典型断面河床纵横向变形过程的概化模拟

针对当前三峡工程运用后坝下游河床的调整特点,将床面冲淤与河岸崩退的计算模块相结合,构建了基于断面尺度的河床纵向及横向变形的概化数学模型。以上荆江荆34断面为研究对象,采用概化模型计算了该断面2006年和2008年水文年的河床纵向与横向变形过程,计算的河床纵向冲刷量、河岸崩退总宽度及崩塌后岸坡形态等结果与实测结果吻合较好。此外还分析了考虑与不考虑床面冲淤2种情况下2006年荆34断面形态调整的计算结果,该断面河床冲刷主要集中在枯水河槽,床面冲刷下切导致河岸高度增大,最大增幅约1.9 m,且考虑河床冲淤后计算的河岸崩退总宽度比不考虑时的计算值偏大20%。表明了近岸床面冲刷下切导致滩槽高差增大,将会加剧崩岸的发生。     

钱江通道段河床最大冲刷深度的综合分析

钱江通道位于钱塘江河口的强涌潮区域,在洪潮水动力作用下河床冲淤剧烈.极端水动力作用下河床的冲刷深度是过江隧道工程建设的关键技术问题之一.本文基于河床演变分析、动床数值模拟、动床物理模型试验、沉积物分析等手段进行研究.首先建立了钱江通道过江隧道河段洪、潮水流冲刷深度的预测模型,经钱塘江河口的实测地形、水流泥沙及河床冲淤等资料的验证.在此基础上预测了过江隧道断面在极端水动力作用下最大冲刷深度,并与沉积物分析方法进行比较,四种研究方法所得的结果定性定量基本合理,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供参考依据.     

高含沙洪水后黄河下游游荡段宽深比变化规律

黄河下游汛期往往会发生含沙量超过300 kg/m3的高含沙洪水,使下游河床形态发生显著调整,研究高含沙洪水后游荡段平滩宽深比变化规律对充分认识下游河床演变特点具有重要意义。选取1970—1999年中13个高含沙洪水年份,以游荡段28个实测断面地形资料为基础,计算了各年汛前及汛后的平滩河槽形态参数,分别从断面及河段尺度分析了高含沙洪水作用下河床形态的调整特点,探讨了汛期水沙条件、汛前河床形态等因素对游荡段平滩宽深比变化的影响。结果表明:汛后宽深比与花园口断面平均输沙率及汛前宽深比关系密切,可用幂函数表示;用2002年及2004年游荡段实测资料验证该幂函数关系式,计算值与实测值吻合较好。     

北引渠道水力特性分析

根据天然河流中河宽、水深和流速与流量之间“指数关系”,推导出北引乌北渠道和乌南渠道代表断面的水利几何形态的关系式,并依此对河床断面形态形成的原因进行了分析。     

钱塘江河口河床调整响应探讨

以钱塘江河口资料为基础，分析了河口挟沙水流的复杂冲淤行为和河床横断面形态对动力作用的复杂响应，表明钱塘江河口河床调整存在临界的动力条件和调整临界现象，继而探讨了潮汐河口的河相关系，为工程建设提供了参考。     

荆江石首河段近50年河床演变分析

河道裁弯及三峡工程运用对荆江石首河段的河床演变产生了显著影响。结合实测水沙及地形资料分析,研究了该河段近50年来的河床演变特点,主要包括河床冲淤、平面及断面形态调整三个方面。分析结果表明:两次裁弯使得石首河段平面形态发生显著调整,1966-1975年该河段深泓平均摆幅达42.0m/a,且总体向左岸摆动。三峡工程运用后,大规模护岸工程的实施使石首河段的平面形态趋于稳定,深泓平均摆幅减小到29.8m/a,但北门口下段、调弦口弯道等位置的深泓摆动仍较为剧烈,使得这些局部河段岸线崩退现象十分明显。此外还分析了石首河段断面形态的调整过程,并建立了河段平滩河槽形态参数与前5年汛期平均水流冲刷强度的经验关系式,用于反映河段平滩河槽形态随水沙条件的变化趋势。     

三湖河口水文测验断面冲淤变化及过流能力分析

文章通过分析三湖河口水文站历史典型大洪水期间断面形态变化、同水位下过水断面的面积增减情况、平滩流量变化、水位流量关系线变化,提出了当前水沙条件下三湖河口水文测验断面冲淤变化特征及过流能力现状。     

人类活动影响下飞云江河口河床演变分析

2000年以来,飞云江流域受上游珊溪水利枢纽工程建设、口外南北两侧大规模滩涂围垦、河道采砂、桥梁建设等人类活动的影响,河口河床发生了一系列变化。以2000年为界,利用此前22 a、其后12 a共30个测次的实测水下地形资料,分析了近10多年来飞云江河口的河床演变形势。研究表明,在相关人类活动影响下,河口河床容积较此前扩大约11.9%,河床冲淤变幅有所减小,河床稳定性有所增强;弯曲河段深槽由原来紧贴凹岸向走中发展,顺直河段断面形态由"W"形向"U"形发展。此外,对其影响原因进行了初步分析。     

强涌潮河口河相关系及其验证

分析并提出了有涌潮的强潮河口的河相关系式,其平均水位下的断面面积可用落潮时的流量(含径流量)和含沙量计算,结果较符合实际情况,但强涌潮河口河宽大、水深浅,仅采用涌潮系数仍有一定的误差,如改用涨潮流量和含沙量,则可大幅减小计算误差.本文还给出了潮汐河口纵向河宽放宽率和面积放大率的定义和计算公式.利用钱塘江河口治理前后50年的实测资料,对130 km长河段的相应断面特征、河宽放宽率、面积放大率以及弯道特征计算式进行了验证,取得了满意的验证结果.     

黄河河口河床响应河口延伸的调整极限及其机制

在三角洲建造过程中河口不断延伸，黄河口河道相应发生调整。分析观测资料发现，河床可调整要素宽深比、比降、河床质组成的调整都存在一个极限值，并在河口河道行水晚期的淤积中保持基本不变。研究认为河床质调整极限是由来沙组成及河床质细化机制决定的。但是，河槽的宽深比不能进一步减小，以保持在更小比降下的输沙平衡，并非宽深比所对应的河槽形态已是所谓最大输沙形态，而是由于大流量过程和小流量过程不能适应对方所塑造的河槽形态，相互破坏对方塑造的窄深河槽。所以出现了虽然断面缩窄可加大输沙力，而河槽却不向这个方向调整，这样一个表面上违背自然规律的现象。解决这对矛盾对河口河道治理有着重要意义。     

黄河下游洪峰流量对断面塑造作用的试验研究

根据泥沙动床模型试验结果,探讨了黄河下游不同洪水洪峰流量下断面的冲淤及形态响应、洪峰含沙量对河槽塑造过程中水流运动、泥沙冲淤、主槽形态及过流输沙能力影响等问题,研究结果表明,断面响应与洪峰流量大小、历时、来沙系数及初始断面形态有关,大漫滩与一般漫滩洪峰流量对断面塑造特性有明显的不同,弯顶断面和顺直断面具有不同的冲淤特性,研究得到大漫滩、一般漫滩及不漫滩洪峰流量下断面的响应模式,建立了典型断面形态参数对一般漫滩及不漫滩洪峰流量下水量、来沙系数参数响应的经验关系式.     

边界条件对荆江监利河段枯水河槽形态调整的影响

受三峡工程运用及洞庭湖出流顶托的影响,荆江监利河段的进口水沙过程及其出口侵蚀基准面发生改变,河床调整剧烈,枯水(5 000 m~3/s流量)期河槽形态发生变化,对航道条件产生了一定影响。基于监利河段实测水沙及断面地形资料,首先通过一维水动力学模型计算了该河段2002～2017年各固定断面的枯水河槽形态参数(枯水河槽面积、宽度、水深及宽深比),其次采用河段平均方法计算了监利河段尺度的枯水河槽特征值,最后建立了以上特征参数与上下游边界条件之间的综合关系。结果表明:(1)受大规模护岸及护滩工程控制,近期监利河段枯水河床调整以水深变化为主,2002～2017年河段尺度的水深累计增加了0.49 m,相应宽深比减小了8%,河床趋于窄深,航道条件整体改善;(2)在部分过渡段与急弯段(如大马洲及七弓岭河段),边滩冲刷剧烈,断面趋于宽浅,航道条件恶化;(3)枯水河槽形态调整受上下游边界条件的共同控制,其中河段枯水河槽水深、面积及宽深比与前5 a汛期平均水流冲刷强度(上边界条件)以及上下游水位差(下边界条件)密切相关。定量分析了在上下游边界条件共同作用下,近期监利河段枯水河槽调整过程及其对航道条件的影响,建立的经验公式可用于预测该河段枯水河槽形态的变化过程,研究成果有助于定量评估监利河段的航道条件。     

大沽河河道整治的准三维数值模型

大沽河下游河道蜿蜒曲折,淤积严重,河流动力数学模型对于选择合理的防洪减淤及蓄水通航措施具有重要意义。采用准三维水动力模型、全三维泥沙动力和河床演变模型,建立了青岛大沽河三维河流动力学模型。模型通过静压假定降低了三维模型的计算量,同时也反映了水流垂向流速差异及其对河床冲淤的影响。模型验证结果表明,洪水位和输沙总量的计算结果合理,模型可用于大沽河口的洪水和泥沙输运规律研究,为大沽河河道整治中选择最优闸坝位置、堤防形态、橡胶坝宽度以及码头断面形态优化等提供建议,实现防洪减淤、蓄水通航的最大效益。     

三峡工程运用前后沙市段河床形态调整特点

为研究裁弯工程实施及三峡工程运用对沙市段河床演变的影响,依据近50 a实测水沙及地形资料,采用河段平均的方法计算了沙市段河段尺度的深泓摆幅及平滩河槽形态参数,定量分析了该河段河床平面及断面形态的调整特点。结果表明:下荆江裁弯后1966—1987年该河段深泓摆动剧烈,平均摆幅约为30.8 m/a;1987—2002年深泓较为稳定,平均摆幅减小为19 m/a;三峡工程运用后2003—2015年深泓摆动有所加剧,平均摆幅约为32.6 m/a。太平口心滩及金城洲处典型断面形态在三峡工程运用前调整幅度较大,运用后相对稳定,而三八滩处典型断面形态在运用前后均发生了明显调整。总体上,三峡工程运用后沙市段平滩河槽形态调整以平滩水深及面积的增加为主,而河宽变化较小。建立了河段尺度平滩河槽形态参数与前5 a汛期平均水流冲刷强度的幂函数关系式,用于反映河槽形态随水沙条件的变化过程。     

基于面积型Froude数的河型判数与黄河河道最大输沙流量及河槽宽深尺度

Froude数同水流强度和水流能量关系密切,水深型Froude数不适用于黄河沙质河段,面积型Froude数在判断复杂河流水流相对强度、河床冲淤与稳定程度等方面都有较大价值。本文以此为基础研究面积型Froude数在河型判别的应用,利用不同河型临界关系式,得到整治流量或整治河宽计算式,以及均衡条件下的河床形态公式。根据黄河模型小河造床过程,得到主槽最大输沙或相对稳定状态下,断面单位能量与河相系数关系方程,进一步研究了最大输沙流量对应的主河槽宽深尺度的计算。     

黄河下游堤防工程设计防洪水位计算方法探讨

在分析实测资料的基础上，本文对变动河床水面线计算中的设防流量、控制断面、过水断面的冲淤变化及断面平均流速计算等问题进行了分析，并建立了经验关系式。具体介绍了用水力因子法计算水位、流量关系的方法和步骤，通过验证核算，较符合实际。文章还介绍了水位相关法、冲淤改正法二种简便的估算方法，在断面形态变化不大，各河段冲淤变化比较均匀时，也可得到令人满意的结果。     

长历时河床演变模型在河道整治工程中的应用

基于河流、河口长河段长历时河床演变模型的基本原理建立了浙江省飞云江河口长历时演变的经验动力模型，利用实测水文、地形资料对模型的参数进行了验证，验证计算结果表明无论是水力要素还是河床冲淤变化．计算与实测基本吻合。在验证的基础上，利用该模型研究了飞云江河口局部河段堤线外推对飞云江河口河床冲淤的影响。研究结果表明，整治工程对飞云江河口河床的响应主要产生两级反应，一级响应主要在工程实施初期，河床变形的时间尺度短，二级响应主要在工程实施后较长的时期内，河床变形的时间尺度长，系整治工程实施及局部河床调整对整个河流系统的影响。     

基于3S技术的黄河内蒙古段河道演变特性分析

为揭示黄河内蒙古段河道形态大尺度、长序列的演变规律,选取典型河段蒲圪卜—岔河口为研究对象,以1995—2013年4期(1995年、1999年、2006年和2013年)多光谱遥感影像为数据源,采用3S技术,结合RTK实测数据,对不同年份129个测量断面的河道平面摆动及河槽宽度变化进行了分析。结果表明,基于3S技术解译的河道形态与实测河道形态吻合较好,1995—2013年研究区河槽宽度在波动中呈萎缩趋势,2013年与1995年相比主河槽宽度平均萎缩了32.24 m,变化率为-9%;弯道处多次出现裁弯取直,河床地质条件、河道来水来沙条件及河道形态是影响河道演变的重要因素;相比于基岩河床,砂质河床的河槽宽度变化率较大,变化幅度为-12%~-33%;昭君坟断面较明显的河槽萎缩是受南岸库布其沙漠及上游"十大孔兑"入黄沙量增加的影响。