流域输沙模数与流域面积关系研究

提出至今所有流域泥沙输移比与流域面积关系其实质都是流域输沙模数与流域面积的关系。前人的流域输沙模数与流域面积关系的研究结论认为一般都是呈现反比关系,黄河中游流域输沙模数与流域面积不是这样的关系,这是一个特例。本文通过三个不同层面,即长江干流、黄河干流,长江上游、黄河中游主要支流及任意流域的流域输沙模数与流域面积关系的分析研究,认为黄河中游流域输沙模数与流域面积不是反比关系,这不是特例。因为,长江上游无论是干流还是支流或任意流域的流域输沙模数与流域面积同样不存在一个规律的反比关系。流域输沙模数与流域面积的真正关系不是受控于流域面积的大小,而是取决于流域所在区域的地质构造单元的性质、地貌类型及土地利用的合理性等多个因素,其中最本质的是地貌类型、地质构造单元的活动性质及控制面积。本研究可以推进河流泥沙学科的发展、开拓环境学科的研究思路和有助于流域大型水库的泥沙淤积前景的科学预测;同时对流域尺度转换理论在地学中的正确应用的可能性也是有重要的启迪作用。     

山区中小河流治理成本的BP神经网络估算模型

建立合适的工程造价估算模型对项目法人在工程规划阶段更好地估算中小河流治理投资非常重要。首先通过分析山区中小河流治理工程的特点,确定天然坡比、河道走势、水流流速、治理长度等8个工程特征指标作为神经网络输入向量,然后基于神经网络原理,建立山区中小河流治理成本BP神经网络估算模型,并选取已建山区中小河流典型治理工程资料对该模型进行了验证。结果表明:该造价估算模型有较高的精度,能满足山区中小型河道治理工程造价估算需要。     

BP神经网络在苏南河网圩区排涝模数确定中的运用

为了确定苏南河网圩区的排涝模数,对现状排涝能力进行校核,同时为除涝工程规划提供依据,在分析了常规调蓄计算的基础上,提出了利用BP神经网络建模的方法,并结合苏南水网圩区实例进行了探索,建立了排涝模数确定的BP神经网络模型,给出了模拟预测结果。结果表明,模型具有精度较高、快捷可靠的特点,不失为一种确定排涝模数的良好方法。     

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。     

利用河流平衡理论检验推移质输沙函数的应用性

推移质输沙函数多根据试验资料建立,在实际应用中往往会给出相去甚远的预测,对河流平衡形态影响显著。本研究利用河流平衡理论检验推移质输移通式Φ=cb(τ0*-τ*c)β中各参数对河道平衡形态的影响,式中Φ为无量纲推移质输沙强度,τ0*为无量纲水流平均剪切应力,cb、τ*c和β为输沙参数,分别代表输沙系数、无量纲水流临界剪切力和输沙指数。引入河道过水断面的宽度与平均水深的比值作为表征断面形态的无量纲参数,基于变分原理的图形分析结果表明,输沙通式中指数β的选取是影响平衡河道形态的重要因素。结合长江中游监利河段河道形态实际观测数据,对比分析已有推移质输沙函数对河道平衡形态的定量影响,结果表明β=5/3时河流平衡理论具有很好的实际应用性。     

煤矿采空塌陷区的确定及水土流失模数取值的探索和思考

近年来随着人们的水土保持意识加强，许多煤矿都要求编制水土保持方案。在水土保持方案编制中，针对煤矿采空塌陷区的确定和水土流失模数的取值，结合工程实际进行探索分析，使编制的水土保持方案更具针对性和合理性。     

东洋河流域土地利用及气候变化对径流的影响

为分析东洋河流域土地利用与气候变化对径流的影响,选用SWAT分布式水文模型,通过情景分析法模拟变化环境下流域的径流响应。结果表明:①SWAT模型在东洋河径流模拟过程中具有较好的适用性且不确定性较小。②按现有土地利用和气候变化趋势,单一因子和共同作用对径流均有削减作用(即水文负效应),将会造成下游用水形势更加严峻,并影响整个洋河流域的生态环境。③未来气候变化情景中,径流量与降雨变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系。④极端土地利用情景中,增加耕地和林地使年均径流量减少,增加草地使径流量增加。⑤影响未来流域年均径流的主要因素是气候变化,土地利用变化的影响相对较弱。土地利用的变化对调蓄径流有一定作用,可缓解气候变化带来的水文负效应,有助于流域水资源的科学管理。     

喀什噶尔河流域平原区土地利用类型时空分布特征及趋势分析

以喀什噶尔河流域平原区近30年土地利用类型遥感解译数据为基础,应用多种方法从定性到定量对研究区土地利用类型时空分布规律及变化趋势进行分析。结果表明：近年来,平原区出现了耕地与建设用地扩增,天然林、草缩减及植树造林等现象共存;受外界及人为因素影响,不同土地利用类型在不同时段内呈现出不同的变化趋势,尤其是耕地向东南外扩明显;以耕地为例,平原区外扩耕地主要由草地及未利用地转变而来。流域水土资源的可持续利用及生态环境保护具有十分重要的现实意义。     

基于SWAT模型的诺敏河流域径流对土地利用/覆被变化的响应模拟研究

土地利用/覆被变化直接反映了人类活动的影响程度,对于流域水文循环过程影响显著。本文以诺敏河流域为研究区,基于1976和2000年两期土地利用数据,结合SWAT模型定量评价了径流对土地利用/覆被变化的响应。研究结果表明:SWAT模型可以较好地模拟诺敏河流域的月径流变化过程,在研究区具有一定的适用性;相对于1976年的土地利用条件,2000年土地利用变化主要表现为林地和草地面积减小,耕地面积增加。1976-2000年间诺敏河流域土地利用变化导致年均地表径流增加了17.78%,且空间差异显著,尤其是下游的莫力达瓦达斡尔族自治旗和阿荣旗等地地表径流增加趋势更为明显,增加幅度超过20 mm。模拟研究对于诺敏河流域合理规划土地利用格局具有重要意义。     

土地利用变化对牤牛河流域径流的影响

土地利用变化对流域水资源配置及其循环过程有显著的影响,了解土地利用与径流的关系是流域水文学研究的重要内容。以牤牛河流域为研究区,基于SWAT分布式水文模型,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等数据,结合GIS和RS技术,并采用极端土地利用分析方法,对流域土地利用变化的径流响应进行定量研究与分析。结果表明:流域内1998年与2009年土地均以耕地、林地、未使用地为主,约占总面积的90%;相同的气象条件下,两期土地利用情景下年、月均径流量变化趋势一致,2009年土地利用情景下的年、月径流量较1998年略小,年均径流量减少605.5万m3;7,8月份月径流模拟减少量明显;土地植被覆盖度增大径流量减小,反之则增大;在极端土地利用情景下,径流量将发生剧烈变化。因此,在不考虑研究期间内气候变化等因素的条件下,土地利用变化是影响流域径流变化的主要因素。     

人工神经网络模型在流域水沙预报中的应用

运用BP人工神经网络模型的基本原理 ,根据流域产流产沙的基本规律 ,以流域降雨条件为基本影响因子 ,由流域实测资料建立了BP神经网络模型。该模型具有很好的学习和泛化性能。同时该模型能用于评价流域内人类活动因素对流域产流产沙规律的影响。将该模型应用于兴山、碧溪、顺利峡站 ,并与实测资料进行了分析比较 ,结果表明 ,模型基本合理、可靠     

交汇河道水沙运动与河床响应研究进展

汇流是平原河网常见的河道形态,河网交汇处伴随着水流、含沙量、地形、水温、生态和环境等的突变,是控制水、沙、污染物输移的重要节点,因此了解汇流处水、沙等物质输移和特殊床面形态对日益恶化的河网水环境的综合治理有非常重要的理论和实际意义。笔者主要从交汇河道的特殊水流结构、泥沙运动规律以及河床对水沙运动的响应分别进行概述和总结,提出了目前交汇河道研究中存在的一些问题,并对交汇河道水沙运动与河床响应研究的研究方向提出了展望。     

柳河流域输沙能力探讨

本文通过对柳河流域实测资料的分析,阐述了柳河流域输沙能力的分布和沙质类型,并就其沿程、年份及季节变化进行了深入的探讨,为柳河流域的治理及水资源开发利用提供了依据。     

基于 BP 神经网络的场次洪水河道沙量预报

针对日益严重的河流泥沙问题,掌握河流泥沙的影响因素和泥沙的变化过程是泥沙治理的关键。以神经网络模型为基础,建立场次洪水沙量预报模型,对多沙河流的洪水挟沙量进行预报,并取得较好的预报效果。选择辽西北多沙河流大凌河作为研究实例,首先将1984年-1998年间的29场历史实测洪水资料进行分析,得到影响下游沙量的主要因素;然后,通过神经网络模型建立上游影响因素与下游沙量之间的关系;最后,选取其中6场洪水资料进行验证。模型计算结果表明,计算结果与实测结果误差在合理范围之内,精度符合要求,可以用于下游沙量的预报。     

河道山地灾害的卷积神经网络快速识别方法

河道山地灾害如泥石流、滑坡、山洪、水土流失等严重危害着河道周边公路、铁路、桥梁、大型水利工程等重要基础设施的安全。快速识别已发生的河道山地灾害意义重大,而传统巡检方式具有极高的危险性和滞后性,迫切需要新方法来替代。以深度卷积神经网络为代表的深度学习技术具有局部感知、参数共享、池化等多个特性,相比传统机器学习方法具有更强大的特征学习和特征表达能力。在深度学习开源框架下,利用大量河道山地灾害图片数据完成了Caffenet等多个深度模型的训练,并结合迁移学习方法,使河道山地灾害识别准确率最终达到90%以上,为河道山地灾害快速识别、群防群测体系的完善提供了新思路。     

黄河三川河流域水沙特性分析

通过三川河流域30多年的降雨、流量和泥沙等水文观测资料的分析，认为该流域的泥沙主要来源于中游地区，同时认识到在1980年以来由于地方工业的发展，特别是在煤矿资源的大量开发利用过程中，将弃杂置入河道不仅影响洪水的正常演进，也降低了水质，影响着沿河两岸工农业生产的正常发展和人民的正常生活。     

Suspended sediment load estimation in an ungauged river in south‐eastern Australia

Soil erosion poses a significant threat to river health as well as the sustainability of soil resources. Management of this issue requires catchment‐specific data to be developed; however, many large catchments are poor in terms of hydrological and sediment transport data. Regional scale (thousands of square kilometres), computer‐based modelling methods are a way to generate such data. This study aims to apply the SedNet model to estimate a sediment budget for a 575 km², ungauged, agricultural catchment of south‐eastern Australia. The model results are then compared with field measured erosion rates for the catchment, in order to assess the sustainability of soil loss and redistribution across the catchment. SedNet estimated average suspended sediment concentrations between 70 and 120 mg/L, under conditions deemed most representative of the river. These model estimates were comparable with monitoring data, showing suspended sediment concentrations between 30 and 350 mg/L. It was found that soil loss and redistribution across the catchment is low; however, the estimated base sediment loads indicate that river health may be negatively impacted by this. SedNet accurately represented current catchment and river conditions and provided a reliable estimation of sediment yield, demonstrating the ability to estimate sediment loss and redistribution across data‐poor catchments using a multifaceted modelling approach. Methodologies, such as the one presented here, offer the ability to better assess the impacts of erosion on sediment loads to develop strategies to effectively manage excess suspended sediment.     

溃坝水流作用下急弯河道泥沙输移数值模拟

将有限元特征分裂算法(CBS)应用于二维浅水控制方程的求解中,建立了模拟溃坝水流泥沙输移的数学模型。CBS算法在计算对流主导的问题时具有很好的稳定性与较高的精度,适用于处理溃坝水流流速大,水位、床面变化剧烈等问题。应用该模型对90°急弯河道全溃所致的水流运动进行了数值计算,并与试验资料进行了比较,证实了该方法的可靠性。最后用该模型模拟了180°弯道中溃坝水流在缓坡、陡坡时的洪水演进与泥沙输移。结果表明:模型能够较好地模拟溃坝水流运动,模拟结果符合水流泥沙运动规律。     

Changes in the hydrology and sediment transport produced by large dams on the lower Ebro river and its estuary

The mean annual flow of the lower Ebro river has reduced by 29% during this century (592 to 426 m³ s⁻¹). The main causes are increased water use and evaporation from reservoirs in the river basin. The losses due to irrigation explain 74% of the decrease, whereas losses by evaporation in the reservoirs explain another 22%. Decreased flow in the lower Ebro river caused an increase in the salt wedge in the estuary. During the study period, the permanent low river flows from July 1988 to April 1990 caused the continuous presence of the salt wedge for 18 months. Historical data for sediment transport in the Ebro river are scarce and incomplete. Limited data before the construction of reservoirs in the Ebro basin allow only an estimate of the order of magnitude of annual suspended sediment transport (3·0 × 10⁷ Mt yr⁻¹). Before the construction of large reservoirs in the lower Ebro at the end of the 1960s, the sediment transport was estimated to be around 1·0 × 10⁷ Mt yr⁻¹. This amount was reduced to around 0·3 × 10⁶ Mt yr⁻¹ after construction of the dam. Currently, this amount ranges from 0·1 to 0·2 × 10⁶ Mt yr⁻¹, which represents a reduction of more than 99% in sediment transport. On a seasonal scale, the effects of the dams have been the standardization of the river flow and the virtual suppression of peaks in sediment transport. In the estuary, the salt wedge dynamics changed and its presence increased. River regulation and hydropower generation also changed the hydrology of the river on a daily scale. The effect of local storms on the river flow and the sediment transport has been suppressed. At present, these changes are related to hydropower generation.     

一维河网非恒定水沙数学模型研究

在已有研究的基础上,建立了适合复杂区域的河网非恒定流水沙数学模型.建立过程中考虑到计算精度和计算速度的要求,水流求解采用汊点分组方法,同时本模型选用了较符合河网泥沙运动的汊点分沙模式.最后通过长江中下游长河段的水沙运动模拟表明,建立的河网水沙数学模型能够满足实际工程需要.