松滋口分流及其对芦家河河势影响研究

依据实测资料 ,分析了松滋河口门河段的河床冲淤及水位流量关系、松滋口分流对芦家河河势变化的影响 ,提出了根据枝城站水位流量与新江口水位流量关系推求松滋口的分流量的方法 ,预估了三峡水库运用对松滋河分流及河床冲淤的影响 ,为芦家河河段进行数学模型计算及物理模型试验提供了边界条件 .     

三峡水库蓄水后关洲河段河势调整对松滋口分流影响

关洲河段属典型的主流年内交替型分汊河道,地处三峡大坝下游,受三峡水库蓄水运用带来的水沙变异影响,河道冲淤响应较早,但因河床组成差异呈现出不同于沙质河床的河势调整规律。松滋口作为分泄长江水沙进入洞庭湖的重要通道,其分流特性变化与上游关洲河段河势调整密切相关,但三峡水库蓄水运用后两者的影响关系研究相对不足。本文基于近10年来的河道实测资料和水文观测数据,分析了三峡水库蓄水运用以来关洲河段的河道演变特点;从关洲河段河道冲淤、左汊发展和左汊主汊的维持时间等三个方面研究了上游河势调整对松滋口分流的影响。研究成果表明：三峡水库蓄水运用以来(2002.10~2013.11),关洲河段河道枯水河槽冲刷幅度较大,冲刷量占总冲刷量的90%,且冲刷主要集中于左侧低滩及左汊,致使左汊中下段深泓高程低于右汊,枯水期同流量下左汊分流比呈现增加的趋势;当上游来流小于20000m₃/s时,同流量下松滋口分流能力下降,但这一影响随着关洲河段河道冲刷的趋于平衡而逐渐削弱;关洲左汊的发展有利于增加较大流量时松滋口的分流比,且这一流量持续的时间越长,即左汊维持主汊地位的时间越长,松滋口年分流比越大。此外,左汊的过度发展可能会引起关洲河段主流不再年内交替,而是将长期稳定在左汊河道,建议有关部门加强对关洲河段左汊河道的监测。     

荆江微弯分汊浅滩的水沙输移及河床演变

沙市河段为长江中游典型长顺直微弯分汊河段,河床演变复杂.对该河段水流变化规律、河床冲淤模式进行了分析,探讨了来水来沙及河床形态对河道水沙输移的影响.河床冲淤由来水量、来沙量和河床形态共同决定,但河床形态与流量过程在更大程度上影响着河床冲淤特性,放宽段河床冲刷深度与单宽流量变化率之间较好的相关性便体现了这一点.考虑来流及河床形态的决定性作用,对该河段的主流摆动特性进行了分析,认为汊道兴衰交替是河床演变的主要特性.     

采砂区布置对分汊河道的影响分析

以长江天兴洲河段为例,应用平面二维水沙数学模型,采用实测水沙数据进行率定与验证,模拟了不同流量级下采砂区相对分汊口距离不同采砂后分流比、水位和流速变化规律,模拟结果表明,在相同水流条件下,随着采砂区距分汊口距离的增加,采砂后主汊分流比与河段水位和流速变化都呈先增后减的规律.进一步选取2004年作为典型水沙年预测采砂后河段冲淤变化和回淤率,预测结果表明,河段总的冲淤量随着采砂区相对分汊口距离的增加呈先减后增的规律,而采砂区回淤率呈先增后减的规律.模型成果可为本河段采砂的可行性和采砂规划控制提供科学依据.     

东江下游博罗河段水沙特性

通过收集东江下游博罗河段历年的水文、地形资料,首先从水沙分配变化和流量水位变化两个方面对博罗水文站的水沙特性进行了分析,然后选取研究河段各历史年份的河床平均高程、深泓、河道整体冲淤和特征断面等研究对象,分析了研究河段的河床异变特性.认为博罗站年平均流量呈微弱增加趋势,而输沙量则总体呈下降趋势;1997年以后的12年间,研究河段河床地形大幅下切,下切幅度自上而下沿程递增,刷深幅度远远超过了此前30多年的变幅,且与河流自然冲淤状态下的冲刷形态明显不同,应为采砂所致,这是本研究河段水沙变异的最主要原因,对本河段的动力条件与河床演变产生了深刻影响.     

天然河道分级恒定流数学模型的适用性问题

应用有限差分法离散分级恒定流数学模型和有限体积法离散非恒定流数学模型,以长江中游宜昌至汉口段为实例,对水位、流量、含沙量和河床冲淤量进行计算分析。结果表明：从上游至下游,分级恒定流数学模型与非恒定流数学模型的计算水位差异有减小的趋势,流量差异则逐渐增大,洪峰和沙峰到达时间比非恒定流数学模型的计算结果提前,含沙量、河床冲淤量和河床高程在部分断面与非恒定流数学模型的结果存在明显差异;随着计算河段的缩短,差异略有减小;随着计算历时的增加,河床冲淤量和河床高程计算差异持续增加。分级恒定流数学模型的计算耗时更长,且计算河段和历时越长,2个模型计算耗时相差越大。建议谨慎应用分级恒定流数学模型。     

三峡水库蓄水后下游近坝段水位流量关系

首先对三峡蓄水后近坝段内3个水文站实测水位流量资料进行了整理和分析,分析表明3站中枯水水位流量关系变化不同,蓄水后宜昌和枝城枯水水位流量关系变化基本不变,中水水位流量关系有所下降,而沙市枯水水位流量关系有所下降,中水水位流量关系基本不变.然后从河床冲淤、河道侵蚀基准点条件和河道阻力变化3个方面分析了3站水位流量关系变化产生差异的原因,并指出河道侵蚀基点条件是影响3站水位流量关系的主要因素,最后对近坝段水位流量关系的变化趋势进行了预测.     

哈大齐工业走廊江西项目区二维水沙数学模型分析

为保证《黑龙江省哈大齐工业走廓产业布局总体规划》的实施,推进齐齐哈尔市产业布局调整,充分发挥齐齐哈尔市的城市功能,推动区域经济的快速发展,对嫩江右岸齐齐哈尔市段部分堤线进行调整。通过建立二维水沙数学模型,计算分析对河道水位、流场及河床冲淤的影响。总体来看,拟建工程对工程河段流场及河床冲淤影响程度有限,对工程河段整体河势稳定影响不大。     

河道冲淤变化对分流分沙比的影响

主要针对干流河床冲淤变化对支流分流分沙的影响进行初步研究,充分考虑了分流口口门附近的环流结构和含沙量沿垂线分布的特性,建立了干流河床冲淤变化后支流分流分沙比的计算公式,用荆江裁弯后分流分沙的变化对公式进行了验证,并根据公式预测三峡建坝后对荆江三口分流分沙的影响.     

山区河流河床形态与水沙变化下的水位响应机理研究

山区流域暴雨山洪、滑坡、泥石流等灾害频发,大量泥沙以不同方式进入河道,河床形态在极短时间内迅速调整。在宽窄相间河段水流输沙能力差异较大,展宽段常因挟沙能力的降低而淤高河床,致使水位陡增,引发洪水灾害。为探讨山区河流宽窄相间河段与泥沙补给变化下的水位变化致灾机理,以室内物理模型系列试验结果为依据,分析不同流量定床清水时河床形态参数与各水力参数的变化关系,以及泥沙补给变化对河床形态及水流参数的影响。试验表明：上游泥沙补给量及河床形态是影响水流流态、水位变化的重要因素;定床清水条件下,河宽与比降的局部急剧调整影响水流参数变化,水流对河床变化的响应具有滞后性;当上游有泥沙补给时,水深变化较清水来流明显;随着来沙量的增大,大量泥沙淤堵河道且呈现溯源淤积的趋势,并淤高河床;在淤积段顶端,水流发生水跃现象,水位陡增,甚至出现漫滩致灾。由此可见,上游来沙及水流挟沙能力的降低将引起河床不同程度的落淤,造成河床形态改变,特别是在宽窄相间河段泥沙易落淤,水位增幅较大,为洪灾泛滥区,应作为水沙灾害的重点防治区域。     

安谷水电站导流明渠流态及冲刷分析

以安谷水电站枢纽导流明渠工程为依托,选取典型的工程河段设计导流明渠试验模型,采用多波束测深仪,动态跟踪河床的冲淤演变状态.针对试验模型建立有限元数值分析模型,根据水文水情实测数据并考虑3种分流比工况,研究了导流明渠及相邻河床段的地形变化、水流流速、流态和堤脚冲刷等,对该河段河床的演变及导流明渠坡脚冲刷情况进行了分析.研究成果为工程施工期导流明渠坡脚防冲加固与度汛应急抢险措施的决策提供了科学依据.     

建桥对河流水动力影响的数值计算分析研究

以水沙计算机仿真数学模型为手段,对河流上修建大桥后的水沙运动进行了数值计算和分析.通过比较有无大桥和不同水沙方案下附近河段的水位和河床冲淤变形等物理量,得出了桥前壅水最大高度约0.2m,桥前壅水影响范围为1500m,桥位附近河段河床冲刷地形和最深点的高程为16.77m,计算结果与物理模型试验对比符合.     

三峡水库蓄水后枝江—江口浅滩河段演变趋势

分析了三峡水库蓄水前后砂卵石河段末端枝江—江口河段河床冲刷及枯水位变化特点,同时根据河床勘测资料探讨了河段极限冲刷状态地形,并分析预测了极限冲刷状态水流条件的变化.研究认为,本河段河床抗冲性的差异导致沿程水位降幅不一;在未来河床冲刷和水位下降过程中,局部抗冲性强的河段将可能面临水深不足和坡陡流急的碍航局面.     

流量过程对罗湖洲河段心滩冲淤影响分析

长江中游罗湖洲河段为典型的鹅头分汊型河道,其以河势变化频繁、浅滩冲淤剧烈为主要演变特征,河道航行安全存在严重隐患.在进口节点群的挑流作用下,罗湖洲河段水动力特性有异于其他分汊河型,进而影响河床年内冲淤分布规律.以三峡水库蓄水前2001~2003年水文系列为例,通过对比不同几届洪、中、枯水期心滩冲淤性质以及冲淤幅度的变化,分析了年内流量过程对心滩冲淤的影响,总结了影响不同心滩部位冲淤的特征流量,可为水库蓄水引起的年内水沙过程改变对河道冲淤特性的影响研究提供参考.     

荆江-洞庭湖水沙关系及调整

系统分析了洞庭湖复杂的来水来沙条件和湖区淤积情况 ,荆江 -洞庭湖水沙关系 ,洞庭湖出流对荆江各河段不同的顶托作用 ,以及荆江裁弯后江湖水沙关系的变化和调整 ;研究了江湖水沙关系的变化对荆江各河段以及洞庭湖水沙条件和河床演变的不同影响 .认为荆江裁弯后 ,三口入湖水沙减少 ,减缓了洞庭湖的淤积和防洪压力 ,但同时荆江泄流量加大 ,局部河段防洪形势更为严峻 ,对洞庭湖出流顶托作用加强     

不同来水来沙条件下山区河流的河床响应试验研究

山区河流受季节性水文条件及产沙过程的影响,水沙条件变化频繁。尤其是暴雨山洪频繁挟带大量泥沙进入河道,从而引起河床急剧调整。本文以龙溪河典型河段为研究对象,通过调查天然河道的地形、床沙组成及来水来沙特性,开展了系列水沙模型试验,突出分析了来水来沙条件变化的河床响应。试验包括不同流量下清水冲刷和恒定流量下改变泥沙补给条件两种对比方案。以泥沙起动条件的沙莫夫公式判定方法,分析比较了不同工况条件下的断面泥沙起动流速和水流运动平均流速的关系,揭示了不同断面间泥沙冲淤特性及河床变形特点。在此基础上,探讨了河道沿程水位变化及致灾范围,对比分析表明,龙溪河在清水来流条件下,即使通过最大流量300m3/s,洪水位也未超过龙池镇堤防高程,即清水来流条件一般不会影响龙池镇的防洪安全。若大量泥沙下泄至主河道,龙池镇段由于河床比降变缓与河道展宽等床面形态的变化,水流平均流速显著降低,携沙能力减小,引起大量泥沙淤积,致使水位陡增,甚至出现漫滩现象,存在显著的防洪安全隐患。随着泥沙补给量的不断增加,河床不同区域输沙动力的调整制约了泥沙的输移距离,从而引起局部区域河床的淤堵,并导致洪水位的增加,甚至产生漫滩洪水并诱发洪水灾害。研究表明,山区河流泥沙补给对河床响应及水沙灾害具有重大的影响,来水来沙变化下的水沙运动致灾机理急需深入研究。     

山区变比降河道卵砾石溯源淤积的数值模拟

山区河床组成多为宽级配卵砾石颗粒、沿程河床比降陡缓相接,受泥沙补给及水流过程影响,不同河段冲淤变化复杂多变,溯源淤积引发山洪现象频繁发生。为探究泥沙补给条件的变化对于山区河流河床冲淤变形以及水位变化的影响,作者以变坡陡比降河道为研究对象,通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元(discrete element method,DEM)耦合的方法对不同来水来沙条件下典型山区河道中卵砾石的溯源淤积过程进行了数值模拟,并将计算结果与室内水槽试验结果进行了比对。计算结果表明:强输沙水流由陡比降河道进入缓比降河道后,泥沙一旦在下游发生淤积,便会迅速向上游传播,进而导致河床大范围淤积抬高。溯源淤积的起始位置,发展速度以及淤积床面的厚度与上游泥沙补给强度、水流速度、颗粒粒径等因素有关,来流流量越小、泥沙补给强度越大,溯源淤积的起始位置越靠近河道上游,淤积发展速度越快,淤积床面厚度越小。泥沙淤积会导致淤积段沿程水位显著升高,在淤积锋面处,水位变动最为剧烈,水位增加明显,随着溯源淤积的继续发展,该位置处的水位会稍加回落并且趋于稳定。由此可见,山区河流泥沙补给条件的改变对于河床变形以及水沙灾害具有重大的影响,为揭示山洪泥沙灾害的致灾机理提供了理论基础。     

山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验

山区河流山洪过程常挟带大量泥沙,并引发河床剧烈变形,尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段的洪水淹没风险,深入研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用二维水沙动力学数值试验探究了上游来沙变化条件下宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明：当上游来沙充足时,洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷,河床在泥沙输移过程中整体上抬;而当上游没有来沙时,河床整体呈现下切趋势。究其原因,主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬,而河床淤抬导致上游水位陡涨增加水面比降,床面切应力变大,从而提高河道输沙率,而宽窄河段床面起伏则增大床面形态阻力,促使上游水位上涨;泥沙来量较少时,河床冲刷为主,水位下降、水面比降趋于变缓。     

汶川地震后北川县城防洪计算

"5·12"汶川地震形成了大量颗粒松散物质,导致河道大幅淤积、抬升等剧烈地貌变化,从而在相当长时间内改变原有的河道行洪特征,诱发次生洪水灾害.论文对唐家山至北川县城一线的通口河河道进行洪水数值模拟,定量分析该河段由于河床地貌突变所导致的汛期洪水威胁增强效应及其对北川县城地震遗址防洪能力的影响.计算表明:由于唐家山堰塞湖泄洪和魏家沟泥石流的影响,该河段沿程大幅淤积抬升,现状行洪能力大大低于震前20年一遇洪水的水平,远低于国家地震遗址保护要求的防洪标准;计算的水位和冲深对河道糙率较为敏感,但是由于河床地貌和床沙组成剧烈变化,糙率变化需要进一步研究.     

三峡水库运用20a后对草尾河航道的影响

三峡水库运用后,从三口进入湖区的水沙将会在中枯水期发生一定的变化,对草尾河航道产生一定影响.利用三口分流以及城陵矶水位研究的最新成果,计算蓄水20 a后进入该河段水沙的变化,水库调蓄作用导致草尾河在10、11月份水位下降,河段比降、流速均增加,部分日期不能满足通航要求;12月至次年3月份枯水期水位略有增加,且低于设计水位的天数有一定减小,河段比降、流速减缓,因此通航条件将会有一定的改善;4月份水位下降,比降、流速略有增加,5、6月份水位增加,且河段比降、流速减缓,在该3个月期间均满足通航条件.