国外典型水利枢纽下游河道冲淤演变特点

水利枢纽的修建将引起下游河道水沙条件的变化,尤其是水利枢纽对河流泥沙的拦蓄作用,打破了下游河道原有的相对平衡状况。为适应新的水沙条件,河道将发生冲淤调整,导致下游河势、河型变化,对下游河道的防洪及航运等产生较大的影响。对国外典型水利枢纽修建后下游水沙条件变化特点、下游河道的冲淤演变特点、河势与河型的变化等进行了分析研究。研究结果表明:水利枢纽修建后,下游河道普遍具有冲刷降低的趋势,下游河道的冲淤变化、河势及河型的变化受河岸与河床组成、河道平面形态及水库运行方式等多因素影响。     

小浪底水库运用十年黄河下游河道的再造床

天然河流上游修建大型水利枢纽后,必将引起水库下游河道的再造床。黄河小浪底水库自1999年10月下旬下闸蓄水以来,已运行十年有余。本文通过实测资料的分析,从河道的冲刷和河道的平面形态变化两方面来阐明小浪底水库拦沙运用十年来水库淤积及下游河道的再造床过程及其特点,为小浪底水库进一步水沙调控提供借鉴,也丰富了多泥沙河流兴建大型水库以后下游河道河床演变学科的内涵。     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。     

三峡水库变动回水区泥沙问题物理摸拟的进展

 本文重点介绍应用在研究三峡工程水库变动回水区的泥沙冲淤和河床演变问题中所采用的泥沙模型设计、试验技术以及模型沙的选择方法,建造汉江丹江口水库变动回水区油房沟河段泥沙模型,用1976年至1990年原型观测资料,复演全时段河道再造床过程的试验研究工作。本文可以看作是晚近中国在悬移质泥沙物理实体模型模拟技术方面新进展的总结。     

含沙量对冲积河流河型的影响

黄河下游泥沙输送的机理随含沙量的变化很大。黄河下游的河道一般呈游荡型或弯曲型，显著特点是在低含沙量和高含沙量条件下都存在着强烈的河道侵蚀及游荡型河道形态，而淤积和游荡则多发生于中等含沙量条件下。一维数值模型揭示了某些河床形态可能与泥沙密度的垂向层状分布及其阻碍沉降效果有密切关系。泥沙含量不大的情况下水流是次饱和的，流速呈对数曲线分布，泥沙容重呈层状分布，次饱和水流造成河床冲刷和弯曲型河道；高含沙水流情况下，水流的紊动结构造成的含沙量纵剖面变化，形成超饱和水流；在更高含沙量（10—100kg／m^3）情况下，悬移质泥沙可造成垂向几乎为常数的宙沙量纵剖面及对数流速分布。这些可以由泥沙引起容重效应的IDV模型进行验证，而河道形态变化可由3D模型模拟。河流形态模拟揭示了在相对低含沙水流中形成游荡型河道，主要是由于河道淤积、壅水、分汊形成新流路造成。当存在高含沙水流时，河床受到冲刷，水位降低，大堤约束河道，从而减小了游荡强度。另外，落淤速度的降低造成河道淤积减弱，形成冲刷，结果高含沙水流却形成了弯曲型河道。     

三峡水库变动回水区泥沙问题物理摸拟的进展

本文重点介绍应用在研究三峡工程水库变动回水区的泥沙冲淤和河床演变问题中所采用的泥沙模型设计、试验技术以及模型沙的选择方法,建造汉江丹江口水库变动回水区油房沟河段泥沙模型,用1976年至1990年原型观测资料,复演全时段河道再造床过程的试验研究工作。本文可以看作是晚近中国在悬移质泥沙物理实体模型模拟技术方面新进展的总结。     

小浪底水库对下游游荡河段河床形态与过流能力的影响

小浪底水库蓄水拦沙以来,进入黄河下游的泥沙大幅度减少,引起了下游河道的再造床过程。以黄河下游游荡河段1986-2015年实测大断面资料为基础,从河床冲刷量、平滩河槽形态、平滩流量等方面分析了小浪底水库运行前后黄河下游游荡河段的河床调整过程及过流能力变化,并还原了无小浪底水库时的平滩河槽形态参数及平滩流量。研究结果表明:小浪底水库运行后,黄河下游河道持续冲刷,累计冲刷量为18. 6亿m~3,其中游荡河段所占比重达到72%。典型断面及河段尺度的平滩河槽形态调整明显,平滩河宽与水深增加,河相系数逐年递减,横断面形态总体向窄深方向发展。主槽过流能力明显增加,河段平滩流量都有不同程度增加,游荡河段内三个分河段的增幅分别为3 381 m~3/s、4 450 m~3/s及4 590 m~3/s。还原了无小浪底水库条件下2015年汛后游荡河段的平滩面积及平滩流量计算值,分别为有小浪底水库时的64%和80%。     

实体模型试验在黄河治理中的应用

几十年来，黄河实体模型一直是研究和解决黄河复杂问题的重要手段之一，利用实体模型开展了大量泥沙学科的理论基础研究和治黄科研的应用基础研究。实体模型在水利工程规划与建设、河床演变与河道整治方面的基础研究、黄河下游洪水演进预报、黄河下游河道整治方案的论证、河道整治局部工程试验、河道整治工程新技术研究、挖河固堤试验研究、小浪底水库运用方式研究、黄河调水调沙试验以及数学模型研究等方面发挥了重要的作用。但是，实体模型建设还存在诸多问题：①缺乏系统性和整体性；②模型功能不全，难以满足“三条黄河”互动要求；③已有模型厅扩展性不强，测控系统不完善，量测技术相对落后，直接影响到试验的研究水平与成果质量。     

关于漳河泥沙问题及河床演变规律的探讨

通过岳城水库修建前后漳河的来水来沙情况的变化分析,探讨了漳河的泥沙问题和河床演变规律,得出以下结论:岳城水库修建后漳河河道由以堆积性为主的河道向以冲刷为主的河道转化;三台桥—常家屯河段在冲刷下切的同时不断展宽,河道游荡有进一步加剧的趋势。     

小浪底水库运行以来对黄河下游河道河床演变特性的影响

小浪底水库自1999年10月下闸蓄水,23年来深刻改变了进入黄河下游河道的径流泥沙过程,进而引起了下游河道的再造床。本研究以1960—2022年长序列水文泥沙、断面地形、遥感影像等多源资料为基础,从径流泥沙、冲淤演变、形态调整三个方面阐明了小浪底水库运行以来对下游河道河床演变特性的影响。结果表明：(1)水库拦沙效果显著,下泄水量在年内分配更加均匀、沙量则向汛期更加集中;大流量和高含沙事件的严重程度和发生频率均有所降低;悬沙调整不明显,床沙粗化显著。(2)扭转了黄河下游河道持续淤积的趋势,冲淤调整主要发生在花园口至高村的游荡性河段;冲刷效率持续下降,主槽过流能力得到显著恢复。(3)游荡性河段横断面形态向窄深发展,二级悬河发育得到有效缓解,整体河势处于相对稳定状态。研究成果丰富了多沙河流修建水库对下游河道影响的科学认识,也可为小浪底水库优化调度提供科技支撑。     

2002-2018年长江口基本河槽冲刷及形态调整演化趋势

三峡蓄水后清水下泄对长江口河床演变产生何种效应是泥沙研究者普遍关注的问题。在阐述长江口近期来水来沙和边界条件变化的基础上,分析了长江口基本河槽河床冲淤特点、形态演变及其趋势。分析表明,长江口基本河槽发生了全面的强冲刷,河床形态朝宽深比减小的方向发展。各分段基本河槽上、中、下3层河床的冲刷分布,体现了长江口愈向上游段受径流作用相对较大,而愈向下游口门受潮汐动力作用相对较大对河床冲刷影响的特性。在保滩护岸和近期圈围工程与岸线整治工程作用下长江口总体河势仍将继续保持相对稳定;在三峡蓄水后来沙大幅减小的大环境下,基本河槽将连续受到冲刷,河床形态仍将朝窄深方向发展。     

信江八字嘴枢纽坝下冲刷计算研究

针对枢纽下游河床冲刷这一水利航运界普遍关注的工程问题,为确保信江八字嘴航电枢纽工程的安全及下游通航条件,基于信江水文基本特性、河床演变特性分析,建立平面二维水沙数学模型,对八字嘴枢纽建成运行后可能引起的坝下冲刷进行了计算研究。结果表明:工程河段地处鄱阳湖影响范围,天然情况下洲滩小幅淤长,河道演变较为稳定,但近年来部分区域频繁的采砂活动造成局部河床显著下切,需要引起高度重视;经过10个水文年冲淤调整后,西大河坝下5 km范围内因大规模采砂作用河床深凹、水深较大,故冲刷幅度相对不大;坝下5～10 km范围冲刷较为明显,冲刷部位主要在河槽,平均冲刷深度约为0. 29～0. 93 m,边滩部分变化很小;东大河由于下游双港枢纽的抬水作用,坝下冲刷幅度整体较小。总体来看,八字嘴枢纽坝下河床冲淤变化的幅度随时间逐渐减小,河道河势基本保持稳定。     

某消力池末端河床冲刷治理方案试验研究

对于水闸下游的冲刷防护与治理,一般在方案实施前需要进行物理模型试验验证。通过对某电站典型运行工况进行模拟,反演了冲刷区域的冲刷过程,确定了最大冲刷深度和范围,并在此基础上提出了6种护底方案。通过1〖DK(〗∶〖DK)〗70水工模型试验综合对比不同方案的防冲效果。结果表明：明渠左导墙左侧河床位置铺设2列3.0 m厚、长宽均为9.0 m的混凝土板进行护底时,各项水力学指标较优,既考虑了经济效益又切实控制了河床冲刷范围;同时推算出混凝土板与河床之间的摩擦系数范围为0.20~0.30。研究成果可为类似河床护底修复工程提供科学依据及经验。     

长江科学院河流专业研究进展综述——以《长江科学院院报》30年来发表的论文为例

以长江科学院河流研究所20世纪80年代以来发表在《长江科学院院报》上的论文为基础,概述了近30 a来紧密结合长江流域综合规划、重大水利工程建设、长江河道治理方略等方面开展的有关长江河流泥沙、河道治理及河流模拟研究的主要工作成果。可见,30 a来长江科学院河流研究所在长江泥沙运动基本规律、河流动力学的学科交叉发展、河流物理模型基础理论、河流数学模型基本方法以及典型河段治理工程经验等方面的研究取得了长足进展,为长江河道治理、重大水利工程建设提供了大量的科学依据。并认为在未来一段时间,还需更进一步探索长江流域宏观泥沙问题、深入研究长江流域细观泥沙问题、突出长江河道与湖泊的综合治理等,才能更好地服务于更大范围和更高目标的治江事业。     

河工模型在河流治理开发与保护中的作用

在总结国内外河工模型发展历程的基础上,简要论述了河工模型在大型水利工程建设、河道治理实践、河流开发利用、河流生态保护,以及河口海岸治理与开发利用中的作用,并提出了河工模型试验中需进一步研究解决的模拟关键技术问题,包括河工模型的变态问题、河床阻力相似、模型选沙问题、模型量测技术问题等。     

小浪底水库拦沙末期大洪水对温孟滩河段的影响分析

通过对小浪底水库拦沙运用末期温孟滩河段河床下切较大情况下大遇大洪水的物理模型试验研究，初步认识到温孟滩河段整治工程基本能适应大洪水的作用，河势没有出现大的变化；     

挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟涉水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟抄水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟抄率与水流饱和输抄率相等时，冲刷率降刊0。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值50t／Tn0。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有耜同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与于容重及摩阻流速之比构成的无困次数A。代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。     

黄河流域典型沙质河段冲淤量预估方法及应用

为扭转宁蒙河段水沙失衡趋势,合理分配输沙用水,提高河道排洪输沙效率,本文根据黄河流域典型沙质河段实测资料,依照河流动力学原理,通过引入水流挟沙力,建立了不同水沙条件下典型河段冲淤量预估方法。实测资料检验表明,该方法能够简便快速地根据进口断面洪水实测水沙因子,较好地预估下游河段的冲淤量。通过分析不同条件下预估冲淤量可以得出,在经历多年淤积而致主槽严重萎缩的情况下,内蒙古巴彦高勒-头道拐段以1 500 m3/s流量级冲刷河槽效率最高,建议在水库调节初期采用小流量多阶段冲刷的方式,达到重塑河槽的效果。根据不同的进口条件快捷估算河段冲淤量,能够为河流水沙过程调控以及河道整治规划提供技术支撑。     

汶川地震对震区河流演化的影响

5.12汶川地震,不仅直接影响灾区河流的河道,并诱发了大量崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生山地灾害,这些山地灾害的产生和发展将对震区河流的演化产生深远影响。因此,对震后山区河流河道演化规律和发展趋势进行准确的分析和预测,是震区河道修复及震后恢复重建的关键。结合野外考察资料,分别从河型、纵断面、横断面3方面分析了震区河流的演化特点。分析结果表明:河床剧烈抬升引起河型游荡分汊,两岸频发的山地灾害挤压河道;高强度山洪冲刷河床及岸滩并展宽河道,泥沙的淤积也可束窄河道;河流纵断面总体淤高,但纵断面结构渐趋稳定,大石块多且上游来水来沙丰富的河段会逐渐发育成阶梯状结构,而以淤积为主的河段,由于山洪冲刷会形成下凹型纵断面,并逐渐向直线型纵断面发展。