分汊河道水流运动特性研究

在边界拟合正交曲线坐标系下，运用同位网格模式和界面动量插值的条件建立了二维水流数学模型，采用天然河段的实测资料对模型进行了验证。运用该模型研究了长江中游弯曲型分汉河道分流区在不同流量情况下水流运动与挟沙力因子的变化规律，为研究三峡蓄水后对坝下游河道的影响提供了研究手段。     

溃堤洪水的一维、二维耦合水动力模型及应用

为了减小因溃堤洪水而造成的人员生命和财产损失,本文建立了能够对天然河道溃堤水流进行模拟的一维、二维耦合数学模型.一维水流模型采用Preissmann格式离散求解,二维水流模型采用基于非结构网格的Roe格式离散求解,在一、二维模型的链接处采用堰流公式实现河槽内外水流的交互.通过典型测试算例验证了本耦合模型的可靠性和稳定性.检验后的耦合模型为大江大河的溃堤洪水计算提供了基础,将该模型成功应用于松花江哈尔滨段松北分洪区溃堤洪水的模拟,所得信息可以为防洪决策部门提供参考依据.     

平原分汊河道水流数值模拟及其应用

针对平原分汉河道的特点，建立水流运动平面二维数学模型，采用有限单元法离散控制方程，能较好处理平原多汉河道的复杂边界．通过湘江下游香炉洲、冯家洲河段流速、水位及分流比的计算分析，计算结果与实测资料吻合较好．说明该模型的建立和边界处理方法合理，可用于河段治理方案的计算研究．     

考虑植被作用下的二维溃坝水沙耦合数学模型

基于有限体积法和非结构三角形网格,耦合二维浅水控制方程、泥沙输移方程、河床变形方程建立平面二维溃坝波数学模型。水动力和连续方程均采用浑水方程,考虑了植被对水流、泥沙输移及床面冲淤变化的影响。水动力模型应用二阶精度的Roe格式近似Riemann解计算网格界面的通量,能够精确模拟干湿界面的动边界问题,将静水压力项和植物拖曳力项作为源项反映在动量方程中。应用模型对4个算例进行模拟,并结合实测资料对数值模拟结果进行了验证分析。计算结果表明:本文建立的平面二维溃坝水动力、泥沙耦合数学模型能够准确模拟复杂计算域的溃坝水流演进及床面变形问题。通过对有植被算例的模拟分析发现,滩地种植植物能减少植被区的流速和溃坝波对下游河床的冲刷,但同时也会降低有植被区河道的泄洪能力,导致洪水在上游区水位提升。     

河道溃堤水波的物理模型实验研究

河道堤坝溃决是我国易发灾害之一。溃堤将引发河道外洪水灾害和河道内水位流量的波动。现有溃堤研究多集中于应用数学模型模拟,现场观测和物理实验等直接观察获得的成果非常有限。本文通过在大型室内水槽中进行的物理模型实验,模拟了溃堤后洪水在溃口外洪泛区内的演进和落水波在河道内的传播过程。通过压力传感器阵列和声学多普勒流速仪对溃堤引发的水位、流速等变量进行了测量,并对溃堤波演变过程进行了研究。实验结果表明:(1)河道内的流速对于溃口下游洪水波的传播速度影响不大,但对溃口外水位的分布有一定的影响;(2)溃堤引发的河道内落水波在溃口上下游的影响不对称,落水波向上游传播较慢但幅度较大,而向下游传播较快但幅度较小;(3)溃堤发生后溃口流量随时间发生变化,水流稳定后溃口流量主要和上下游流量差有关,即溃口水流处于稳定分流状态。实验成果可为溃堤洪水动力学分析提供可靠的数据,为数学模型提供较为完整的验证资料,进而对河道溃堤洪水的预防和灾害控制提供科学的支撑作用。     

赣江尾闾河网地形变化对洪季水动力的影响北大核心CSCD

为探明在新水沙条件和人类活动的影响下赣江尾闾河网地形变化与洪季水动力特征变化的关系,以1998—2020年为研究时段,基于1998、2013、2020年河道地形,分别建立一维河网数学模型,复演赣江98特大洪水,研究不同时期地形变化对洪季水动力特征的影响。结果表明:赣江尾闾河网的整体下切使水位流量关系右移,洪期各支洪峰流量整体增加,相同水位下,外洲站来流增幅超过50%。1998—2020年期间,南支地形下切幅度大于其他各支,地形不均匀下切导致尾闾河网节点分流比改变,整体上主支与南支分流增多、中支与北支分流减少。各支流速变化剧烈,主支下游流速增幅超过1 m/s。本研究可为河道整治规划、堤坝防护和灾害预防提供一些技术参考。     

长江中游卵石夹沙河段二维水沙数学模型

针对长江中游宜昌至枝城河段卵石夹沙河床级配分布宽等特点,建立了非均匀悬沙、底沙二维数学模型,尤其是考虑了底沙的不平衡输移及冲淤过程中床沙的级配调整问题,对计算中的关键问题提出了处理方法,利用水文、泥沙及河床变形资料对模型进行了水面线、流速分布及冲淤过程的详细验证,尤其是进行了葛洲坝水利枢纽运用后、1998年洪水前后及三峡工程运用后的验证.在此基础上,根据设计单位一维数模提供的水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲刷量、分布及床沙粗化过程.     

长江下游二维浅水非恒定流数值模拟北大核心CSCD

长江下游河段水流受径流和海域潮汐双重作用,水流动力机制复杂,此外,长江下游河道形式多为分汊河道,河床边界蜿蜒曲折。作为前期工作的进一步拓展,本文将基于非结构三角网格体系的非恒定浅水二维水流数学模型用于研究长江下游水流变化过程。文中分别选取了长江下游和畅洲河段和福姜沙河段进行了数学模拟试验,通过潮位过程、断面流速流向及流速过程比较分析来检验本文模型对长江下游水流变化过程的适用性,计算结果与实测值对比表明:通过对模型参数进行率定,本文模型的计算潮位过程和流速流向值与实测值吻合较好,显示了本文模型能够很好地应用于长江下游水流变化过程研究。     

感潮河网调水过程的数值模拟研究

利用外河潮位和内河水位涨落落差进行内陆河网引清调水和防洪排涝,是改善感潮河网水环境、保障当地供水安全和提高防灾减灾能力的一种有效途径。本文根据Saint-Venant方程组和Preissmann加权四点隐式有限差分格式建立了感潮河网调水数学模型,该模型应用于浦东新区河网调水过程模拟的结果表明,其计算速度快、精度也较高,可对感潮河网调水水流时空变化过程、闸门开启过程引排水流量以及调水过程引排水总量进行模拟和计算。结合计算智能方法进一步讨论了调水过程外河潮位实时预报、感潮水闸流量的计算和调水模型河网糙率的反演问题。感潮河网调水过程数学模型的研究可以为平原河网地区水资源的智能监控提供支撑平台。     

长江重庆河段平面二维非恒定水沙数值模拟

本文针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件，考虑悬移质和推移质运动，采用有限元方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型，对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟。模型中采用张红武提出的不平衡输沙理论以及引入符合重庆河段水沙特点的悬移质挟沙力公式和推移质输沙率公式，对现有三峡库区数学模型进行了改进，并利用重庆河段正态模型试验和原型观测资料对模型进行了验证。结果表明，模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好。     

长江中游非均匀沙冲淤对来水来沙响应初步分析

为分析长江中游河段不同粒径组泥沙冲淤对来水来沙的响应,本文依据年统计资料,建立了非均匀沙冲淤量与来水来沙量的相关关系。分析结果表明,长江中游非均匀沙年冲淤量与年输入沙量的关系比较密切,泥沙粒径越大,其相关性越强,且单位来沙量改变引起的河道冲淤量越大、河道冲淤平衡时对应的临界输入沙量越小。     

长江沙量变化和减沙途径探讨

本文主要探讨长江上游输沙量、含沙量变化和减沙途径。在上游生态环境破坏程度日益加剧的情况下 ,1 95 0～ 1 985年长江输沙量、含沙量约每 1 2年以 4%的速率缓慢增长 ,1 992～1 997年大量减少。追根溯源系水库淤积的减沙作用。若无水库淤积拦沙 ,长江上游输沙量、含沙量年增长率将约达 1 % ,是相当可观的。根据水库拦沙效益 ,提出长江上游修建溪洛渡、亭子口、瀑布沟、构皮滩和白鹤滩等 5座大型水电站 ,与三峡枢纽共同进行水库泥沙联合调度 ,可使宜昌河段含沙量减少 1 / 2的年限延长达 1 5 0～ 2 0 0年 ;同时开展水土保持 ,可改变三峡下游河床冲刷后再淤积的不利局面。治水必治沙 ,通过“蓄水减沙 ,借水攻沙”的工程措施 ,和坚持不懈的水土保持 ,“标本兼治”,可使长江输沙量、含沙量长期减少 1 / 2 ,恢复到唐宋时代水平。     

三峡入库沙量变化趋势及上游建库影响

定量研究上游水库拦沙效应是揭示三峡入库水沙条件变化的关键之一.本文分析了长江上游12000多座水库拦沙对三峡水库来沙量减少的影响,并预测在建、拟建水库运行后三峡入库沙量变化趋势.结果表明,1991-2005年三峡上游水库群年均拦沙约18000万t,其中嘉陵江和金沙江流域水库群的年均拦沙量分别为6010万t和5000万t...     

长江上游水流挟沙力与含沙量比值的变化规律北大核心CSCD

水流挟沙能力与含沙量的相对大小是判断河床冲淤的主要指标。本文基于长江上游主要干支流控制性水文站2010—2020年实测水沙资料,采用张瑞瑾水流挟沙力公式,分别计算了各站的水流挟沙力,在此基础上分析了水流挟沙力与含沙量比值(S^(*)/S)的变化规律。结果表明:除部分位于库区水文站小流量时S*/S小于1外,其余S^(*)/S均大于1,表明长江上游河道总体呈不饱和输沙状态;除金沙江向家坝站外,其余各站S^(*)/S随流量均呈先增加后减少的趋势,存在一个极大值点;2013年以后长江干流朱沱站和寸滩站同一流量条件下S^(*)/S较2013年前偏大,而沱江富顺站和涪江小河坝站2013年以后同一流量条件下S^(*)/S较2013年前偏小。研究成果对认识山区河流输沙特性、提升河道冲淤演变的预测能力等具有一定的参考价值。     

三峡水库运行后城汉河段会只淤不冲吗?——对"关于三峡工程对城陵矶防洪能力影响有关研究的讨论"的讨论

本文对“关于三峡工程对城陵矶防洪能力影响有关研究的讨论”一文进行回应和讨论。文中首先分析了城汉河段在一段时期淤积的机理,同时指出从近50年来该段并不是如文献[1]所说的只淤不冲,而是也发生了冲刷,其中1992年至1998年就冲刷0.868×108m3。冲刷的原因就是因为宜昌水文站年来沙减少了1×108t。更雄辩的事实是,在三峡水库蓄水后该段也发生了冲刷,这些说明文献[1]断言,三峡建成后在100年内城汉河段都处于淤积状态是完全不符合实际的。其次,指出文献[1]采用的分析方法在理论上根据不足,而且无法证明城汉河段长期淤积。本文接着从非均匀沙挟沙能力的理论,通过水量百分数调整、粗细泥沙交换、以及挟沙能力负荷等多方面论证了城汉河段在三峡水库蓄水后即会发生冲刷,而汉口以下在一些年以后也会发生冲刷,从而推翻了文献[1]的结论。最后本文在上述讨论的基础上质疑了文献[1]认为三峡建库对城陵矶防洪不利的观点。     

特约文章：近期长江中游枯水河槽调整及其对航运的影响

三峡工程运用后,长江中游河段持续冲刷,枯水河槽形态调整显著,对航运条件产生了较大的影响。本文首先采用枯水河槽形态参数计算方法,确定了长江中游各固定断面的枯水河槽形态参数;然后采用基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的河段平均方法,计算了2003—2016年长江中游4个子河段的平均枯水河槽形态参数。计算结果表明长江中游枯水河槽宽深比总体呈减小趋势,河床趋于窄深,对航运条件有利。此外还建立了各子河段枯水河槽形态参数与前期多年平均水沙条件之间的经验关系：当滞后响应年数n = 5时,经验关系在宜枝及荆江河段的决定系数达到最大;而当n = 7时,经验关系在城汉及汉湖河段的决定系数达到最大。总体而言,各河段枯水河槽形态参数调整（除河宽外）均可对进口水沙条件的改变做出较好的响应,且越靠近三峡大坝,响应程度越高。     

长江口水量及分组沙与水下三角洲演变关系

为研究长江河口水下三角洲冲淤演变对流域人海水量、沙量及分组沙量的响应过程,本文依据多年统计资料,建立了水下三角洲面积冲淤速率与流域水、沙条件的经验关系.结果表明:流域人海水量、沙量及分组沙量与水下三角洲面积冲淤速率关系密切,并建立了相关响应曲线,其中流域入海沙量变化对水下三角洲演变的影响大于水量;水下三角洲不同区域对分组沙的响应也不同,-l0m等深线区域为粗颗粒泥沙(d＞0.125mm)影响较大,-20m等深线区域为细颗粒泥沙(d ＜0.031mm)影响较大.该研究为流域水、沙条件变化下河口水下三角洲演变的趋势预测提供科学依据.     

近50多年来长江中游宜昌站泥沙情势变化研究

基于1950-2006年日均含沙量资料,采用Mann～Kendall法对近50多年来长江中游宜昌站含沙量变化进行了趋势性分析,并采用复Morlet小波函数对宜昌站月均含沙量的变化时间序列进行了小波分析,揭示了其含沙量变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下含沙量序列的周期变化.在此研究基础上,分析了葛洲坝水库蓄...     

长江上游工程对宜昌来水来沙变化的影响

本文根据1950年以来的水文资料研究了长江宜昌站在三峡工程修建前的水沙变化趋势，预测三峡水库运用后，在2003—2012年以及2013年金沙江上建成金安桥、溪洛渡和向家坝三个大型水电站后宜昌的水沙变化趋势。根据水文资料的统计分析发现在三峡工程修建以前，宜昌年水量有轻微减小的趋势；而年沙量在1950—1987年以后有大幅度减小，至2003—2004年宜昌站（用三峡水库的入库沙量替代），减沙幅度已达到61．4％。本文根据三峡水库运行后的实测资料对长江科学院三峡水库淤积计算的水库排沙比资料进行了修正。采用1961—1970年十年系列的年水量，分析计算预测2003—2012年宜昌平均年沙量为1．02亿t。在金沙江上三个水电站建成后2013—2022年平均年沙量将减为0．534亿t。     

三峡水库建成后对长江中下游江湖水沙关系变化趋势初探Ⅱ.江湖关系及槽蓄影响初步研究

三峡工程建成后,改变了坝下游的来水来沙过程,中下游江、湖河床将发生冲淤变化.为研究三峡水库蓄水运用后长江中下游河势和江湖关系的变化,根据三峡工程分期蓄水进程,结合原型观测资料分析以及数学模型计算等多种技术手段进行了初步探讨研究.三峡水库运用初期(2003年6月-2032年12月31日)长江中下游干流将发生自上而下的冲刷,河床冲深,枝城以上河段较快完成冲刷,并向F游发展;受长江中下游十流河床冲刷影响,荆江南岸三口口门水位下降,荆江三口分流道河床冲淤相应发生改变,河床有冲有淤,以淤积为主;三峡水库运用后洞庭湖区淤积量减少,至三峡建库后30年末,湖区平均年淤积量为多年平均年淤积景的40%左右,三峡水库建库明显减缓了洞庭湖区泥沙的淤积:三峡水库运用后相应各河段槽蓄量也发生了变化,计算成果表明,与三峡水库建库前相比,同一水位条件下槽蓄景有不同程度的增加,枯水河槽槽蓄量增加较多,洪水河槽槽蓄量增加略小.由于泥沙运动的复杂性及其它原因,对于三峡水库建成运用后的江湖关系还需进行深入的探讨和研究,为今后研究江湖治理措施提供重要的科学依据.