变坡陡比降河道泥沙淤积逆向发展速度的试验研究

针对山区性河流上陡下缓的比降特点,通过变坡陡比降水槽采用单因素控制法,研究了强输沙状态下加沙强度、流量及泥沙粒径对泥沙淤积逆向发展速度的影响。试验结果表明:上游陡坡河道的强输沙水流,进入下游略缓的陡坡时,在床面可发生淤积,该淤积影响向上游传播的速度与加沙强度、流量及泥沙粒径有关。上游加沙强度越大、来流流量越小或加沙粒径越大,泥沙淤积逆行发展速度越快。泥沙逆向淤积发展的速度还与河床比降有关,总体上,比降越小,逆向淤积发展速度越快。     

基于CFD与DEM耦合方法的河床变形数值模拟

我国西南山区极易发生滑坡、泥石流等地质灾害,从而导致大量泥沙进入河道,河床发生冲淤变形,使原有的水沙运动状态发生改变。通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)与离散元(Discrete Element Method,DEM)耦合的方法对水沙变化条件下典型山区河道内的三维水沙运动及河床冲淤变形过程进行了数值模拟,并将三维数值模拟结果与实验结果进行了比对。计算结果表明:上游强输沙水流进入变比降河道后,河道内会发生溯源淤积,且流量越小、加沙强度越大,泥沙溯源淤积发展的速度越快;淤积锋面到达处的水位会迅速升高,随着淤积前锋的继续发展,该位置处的水位会趋于稳定;泥沙大量淤积后,会导致河床比降减小,洪水水位增加,严重威胁河道防洪安全。     

山区河流形态对不同来沙过程的响应试验研究

山区流域突发性暴雨洪水常携带大量泥沙及石块进入河道,使河流形态急剧改变,引发局部区域水沙灾害。结合野外调查与室内物理模型试验,探讨了不同来水来沙条件对宽窄相间和比降骤变河段河床形态的影响,研究了泥沙落淤发展趋势及河床演变特征。结果表明:上游有泥沙补给时,泥沙在宽窄相间河段落淤,呈现溯源淤积现象,流量越小,泥沙淤积向上游发展的速度越快,铺床作用明显,堆床作用较弱;随流量增大,淤积锋面向上游发展速度减小,铺床作用减弱,堆床作用增强。下游河段泥沙落淤使得原有的局部河床抬高,纵比降减小,落淤趋势进一步发展扩大,泥沙输移与河流形态之间形成一种互馈机制,相互影响制约。     

山洪携带泥沙引发的山区大比降河流水深变化规律研究

山洪常常携带大量泥沙进入山区河道,运动的泥沙从水流中吸收能量,增大了水流阻力从而使水位额外升高.本文通过大比降水槽试验模拟该现象,试验结果表明泥沙进入河流后因颗粒间的碰撞、运动吸收能量导致阻力增大,水深增加;水深受携带泥沙粒径、输沙率、床面形态、底坡与水流的影响.最后分析以上的各因素对水流阻力的变化规律,推导出泥沙进入河道情况下山区大比降河流水深的变化,建立起水流挟沙后水深变化的经验表达式.     

黄河下游游荡性河道双岸整治对窄河段冲淤影响

通过研究黄河下游及渭河、北洛河等主要支流实测高含沙洪水的输沙特性与冲淤特性,发现:河道比降沿程虽然变缓,但是河宽会相应变窄,流速沿程增加,认为这是冲积河流保持洪水输沙准平衡的边界条件;底沙的运动速度比洪水波传播速度慢,是造成河道长距离冲刷的根本原因;洪水非恒定性是造成冲积河道输沙与冲淤特性的主要控制因素,由于作用在床面上的剪力(或功率)在涨水期迅速增加,落水期减小,因此必然造成涨水期河床强烈冲刷与落水时迅速淤积。通过分析动床阻力与输沙特性间的关系,发现当床面形态进入高输沙动平整状态后,河道输沙呈现多来多排状态。在实测比降相差10倍的条件下主槽均会发生强烈冲刷,因此认为比降在实测变化范围内对洪水造床、输沙作用影响不明显。黄河下游游荡性河道经双岸整治后将形成有利于排洪输沙的窄深、归顺、稳定的通道,进入下游窄河段的洪水造床和输沙作用增强,洪水对河道仍会产生冲刷作用。     

黄河下游游荡性河道双岸整治淹窄河段冲淤影响

通过研究黄河下游及渭河、北洛河等主要支流实测高含沙洪水的输沙特性与冲淤特性，发现：河道比降沿程虽然变缓，但是河宽会相应变窄，流速沿程增加，认为这是冲积河流保持洪水输沙准平衡的边界条件；底沙的运动速度比洪水波传播速度慢，是造成河道长距离冲刷的根本原因；洪水非恒定性是造成冲积河道输沙与冲淤特性的主要控制因素，由于作用在床面上的剪力(或功率)在涨水期迅速增加，落水期减小，因此必然造成涨水期河床强烈冲刷与落水时迅速淤积。通过分析动床阻力与输沙特性间的关系，发现当床面形态进入高输沙动平整状态后，河道输沙呈现多来多排状态。在实测比降相差10倍的条件下主槽均会发生强烈冲刷，因此认为比降在实测变化范围内对洪水造床、输沙作用影响不明显。黄河下游游荡性河道经双岸整治后将形成有利于排洪输沙的窄深、归顺、稳定的通道，进人下游窄河段的洪水造床和输沙作用增强，洪水对河道仍会产生冲刷作用。     

黄河洪水的非恒定性对输沙及河床冲淤的影响

本文根据黄河主要干支流冲积河段实测高含沙洪水的输沙资料，从黄河下游河道比降、河宽、流速沿程调整、洪水非恒定性等方面分析研究了冲积河道输沙特性与河床冲淤特性。分析了动床阻力与输沙特性间的关系。当水流流速大于1．8～2．0m/s时，床面进入高输沙动平整状态，河道输沙特性呈现“多来多排”状态，是形成河床沿程冲刷的水流动力条件。从洪水期作用在床面上的剪力或功率的变化，引起底沙输移强度的变化，论证了涨水期河床强烈冲刷与落水时迅速淤积的必然性。指出底沙运动速度比洪水波传播慢是造成河道长距离冲刷的根本原因。     

浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟

橡胶坝是一种低水头轻性薄壳柔体挡水建筑物,结构简单、施工方便且造价低廉,修建橡胶坝拦水造湖可形成景观水面,但立坝运行会造成库区床面的泥沙淤积,因此遵循河床演变规律,合理运行橡胶坝,可保持库区长期可利用库容。采用MIKE软件模拟桃花潭库区10年水沙条件下的河床演变,综合考察桃花潭河段水流流场、床面淤积厚度、河床比降以及纵断面形态的变化。结果表明:桃花潭河段的冲淤平衡年限约为7年,平衡后主河道淤积较为严重;冲淤平衡后河床纵断面在展宽段呈向上凸起的河床形态;基于桃花潭河段的几何特性、来水来沙条件和由宽入窄的壅水作用,进入该河段的含沙水流会因河道突然展宽,水流挟沙力与水流动能减小,导致泥沙更易淤积,造成床面抬升和洪水位的抬高。     

基于洪水涨冲落淤特性分析游荡性河道双岸整治对冲淤的影响

基于黄河下游及主要干支流、美国密苏里河和密西西比河的实测资料,分析了低含沙洪水和高含沙洪水的输沙与冲淤特性。研究表明,河道沿程比降虽然变缓,但河宽变窄,流速沿程增加,是造成冲积河流保持洪水输沙平衡的边界条件。底沙的运动比洪水波传播得慢,是造成洪水在河道中长距离冲刷的根本原因,而与河道的比降陡缓关系不大。河道输沙特性呈现"多来多排",是形成河床沿程冲刷的水流动力条件。通过黄河下游河道双岸整治,河道形成窄深、归顺、稳定的河槽,使洪水造床和输沙作用增强,从而对河道冲刷作用增加。     

黄河内蒙古河段水沙及河床演变特性变化分析

随着黄河上游河段水库联合运用及水土保持工程的实施,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段来沙量大幅度减少,河道演变剧烈,研究该河段演变特性变化可为河道防洪、防凌及下游河段水库调水调沙提供技术支持。为此,基于实测水沙及地形资料,并通过输沙率法结合同流量水位及典型断面变化分析了该河段水沙变化特性、河道时空冲淤分布特性及河道冲淤与水沙条件的耦合关系。结果显示,研究河段近期来水来沙总量偏少,至2018年有所增多,河道整体表现为冲刷,2012—2019年河段累积冲刷2.7亿t,其中汛期冲刷1.96亿t,河槽刷深展宽,河床高程下降,局部表现为上游冲刷下游淤积,包头上游河段冲刷量约为3.59亿t,下游河段淤积量约为0.72亿t,汛期冲淤变化比较剧烈。结果表明,来沙量大幅度减少,致使水流含沙量不能满足水流挟沙能力是河段发生整体累积性床刷的主要原因。     

渭,洛河下游洪水位预报模型初探

三门峡库区渭、洛河下游河段由于多年来潼关高程的持续抬升,泥沙大量淤积,河道比降变缓,常水位和洪水位均呈抬升之势。“92.8”洪水渭、洛河下游段的洪水位已达到建库以来同流量水位的最高值,且高水位持续时间长,使我省库区损失惨重。     

黄河下游来水来沙对河槽形态与河型的塑造作用

来水来沙对河槽形态与河型塑造是冲积河流河床演变研究的重要内容。利用黄河下游泥沙特性可将水流挟沙力转换成下游河道输沙平衡关系,进而推出河槽形态及河型与来水来沙的定量关系。结果表明是高含沙洪水塑造了下游上段纵坡较陡、断面宽浅、主流不稳定的游荡性河道。在当前水沙条件下,比降调整受河口限制,高含沙水流未能通过调大比降使淤积达到平衡,导致河床纵剖面平行抬高,是悬河发展的重要原因。     

东洞延湖冲淤平衡水位初步分析

在天然河道水流中,来水来沙的一般特性是汛期流量大、含沙量大、粒径小、水面比降大;枯期流量小、含沙量小、粒径粗、水面比降小.河段泥沙冲淤平衡有可能随时发生,某一水位可能冲淤平衡,也有可能冲淤不平衡,不存在所谓稳定的泥沙冲淤平衡水位.在湖泊水网区的河道水流中,其水文和泥沙特性明显不同于一般的天然河道.一般而言,它汛期是湖,枯水是河,相应出现汛期淤积,枯期冲刷,冲淤同水位过程有十分密切的关系,有可能存在一个比较稳定的泥沙冲淤平衡特征水位.在这种河湖两相的河道水流中,研究泥沙冲淤平衡特征水位较之研究与造床流量相应的水位更有其重要的实际意义.本文对东洞庭湖的泥沙冲淤平衡特征水位进行了初步探讨,认为东洞庭湖区河道水流中,存在一个泥沙冲淤平衡特征水位,并就1984、1980、1975、1970年的水文泥沙资料进行了计算.     

渭河下游来水来沙及冲淤情况分析

<正>1渭河下游的基本情况渭河下游河段是指从渭河咸阳陇海铁路桥(渭淤37断面)至入黄口的渭河河段,其河长208km,比降较小,水流较缓,河道泥沙淤积严重,属三门峡库区的重要组成部分。三门峡水库建库前,渭河下游是一条天然的河流,河道两岸未建堤防和河道工程。三门峡水库建成运用后,渭河下游由于泥沙的严重淤积,主槽过洪能力迅速降低,两岸先后修建了堤防和河道     

长江荆江、武汉河段河床变形计算

根据河道不平衡输沙原理,提出计算河道变形的基本方程组,按稳定非均匀流分河段逐时段进行水流和泥沙冲淤计算,探讨河道治理后河床变化以及由此引起水位的变化,为河道整治规划设计提供数据.     

山区河流河床形态对推移质输沙率影响的试验研究

为探索山区卵砾石河流推移质运动受水流条件和河床形态的影响规律,开展了大比降浅水流动条件下卵砾石输移的室内水槽试验,获得了两组泥沙组成的19个流量条件下的水流、泥沙及河床三维地形场数据。结合室内水槽试验及文献中的天然河流输沙观测数据,分析了不同水沙输移阶段水流阻力、河床形态与推移质运动之间的关系。试验结果表明:河床阻力系数随着河床形态强度参数增大而增大,形态阻力与河床形态强度参数相关性更强。在泥沙补给充分阶段,推移质输沙率与床面阻力、形态阻力及河床形态强度参数均呈正相关关系;在泥沙补给不充分的水流冲刷阶段,推移质输沙率随河床形态强度参数增大而减小。     

黄河宁夏河段河道演变分析

通过对黄河宁夏河段河道演变的分析,研究了宁夏河段河道冲淤及河势变化情况。结果表明:1993—2009年,黄河宁夏段下河沿至青铜峡河段河道多年平均冲淤平衡,青铜峡至石嘴山河段河道呈淤积状态。宁夏河段河道的冲淤变化主要取决于来水来沙条件,1986年以后汛期水少沙多,泥沙全部淤积在河道主河槽内,主槽淤积萎缩,中小洪水水位明显抬高。宁夏峡谷河段及卵石河床冲淤变化及主流摆幅较小,其余河段河床冲淤变化及主流摆幅较大。河道整治工程的实施对控制河势变化有积极作用。黄河宁夏段水沙条件、河道边界条件及河床质地是影响河道演变的本质原因。     

兴建三门峡水库后渭河下游河道自然裁弯的研究

兴建三门峡水库以后,渭河下游赤水河口至陈村河段河道摆动剧烈,自然裁弯频繁发生。通过分析渭河下游河道实测资料发现其原因是下列因素的综合作用:(1)潼关局部侵蚀基准面的抬高;(2)河流比降变缓;(3)新淤滩地土质松散、粘性小;(4)河道主槽过水能力降低,洪水上滩机会增多;(5)高含沙水流的影响。     

黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征

泥沙在水与河床演变中起到纽带作用,因粒径不同,其运动形态、运动规律以及对河床的作用等不尽相同。因此,研究河床演变就不能轻视泥沙的运动特性,尤其是黄河内蒙河段这种水沙异源的河道。根据实测和实际钻探采样资料,分析了该河段悬移质和河床质的泥沙组成。并以此为基础,从起动扬动、悬浮高度、挟沙能力等角度探讨了主要粒径泥沙在一定水流条件下的运动形态与规律。通过能量和功率方程求得黄河内蒙河段的推移质输沙率。结果表明,内蒙河段悬移质基本上由粒径小于0.080 mm的泥沙组成,而河床质主要粒径为0.100~0.500 mm,其中粒径为0.100~0.250 mm的泥沙活跃于冲淤过程。推移质输沙率的分析表明,来自黄河内蒙古河段上部的粗颗粒泥沙不易被水流长距离挟带,大部分淤积在三湖河口上游。     

1993年汛期潼关高程升高原因的调查分析

潼关河床自“９２．８”洪水强烈冲刷后，因局部河段比降调整和冰凌壅水淤积，于１９９３年汛前迅速回淤。１９９３年汛期由于入库水沙偏枯，局部河段比降调整和河热变化等影响，潼关河段虽从泥沙数量上实现了冲淤平衡，但潼关高程却因塌滩淤槽，河底坦化，同流量流速减小等原因，仍较污初略有升高。