水库下游卵石河床冲淤演变规律及机理研究

通过实测资料和模型试验研究了某水电站下游河道卵石河床冲淤演变规律,探讨了宽级配卵石河床的自动调整作用。在天然条件下,水电站下游河道河床稳定,水库运行后,水流的挟沙能力有很大富余,下游河道发生了较大冲刷。试验表明:在不同流量作用下,河床自上而下以冲刷为主,流量越大,冲刷强度越大;在冲刷过程中,水深变大,流速减小,床沙变粗,河道更加稳定。     

三峡工程下游宜昌至湖口河段河道演变研究

三峡工程建成运用后,水库下泄泥沙数量大幅减少,长江中下游河道将经历长时期、长河段的冲刷过程。采用一维恒定非均匀悬移质不平衡输沙数学模型,计算了三峡工程下游河道的冲刷状况,对河道冲刷过程、河型变异及河势调整等进行了预测评估。将计算结果与三峡水库2003年蓄水运用后宜昌至湖口河段的实测资料进行对比分析。结果表明,冲刷过程中河道水沙状况发生了一定变化,但原有的基本河型仍保持不变;总体河势稳定,局部河段河势有不同程度的调整。河床冲刷过程和河道演变状况尚在预测范围以内。     

顺直河道采沙坑水流的三维数值模拟

建立各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)克服了各向同性紊流模型的缺点，模拟出顺直河道中次生流现象；与实验成果的比较分析证明了该三维紊流模型有良好的准确性。运用该数学模型对采沙坑周围水流进行分析，结果表明河床上出现采沙坑后不但沿主流会造成纵向涡旋的坑上游缘口冲刷，横断面坑内次生流亦对河床有横向侵蚀，原有流态的变化迫使河床变形调整以趋向新的平衡。运用该数学模型能阐明次生流以及纵向涡旋对河床变形的作用，可模拟分析河道采沙对河床形态调整的影响，对河道采沙的科学决策和管理有积极意义。     

密西西比河下游河道裁弯工程影响与近期演变分析

本文研究了密西西比河下游河道裁弯工程前（19世纪80年代至20世纪30年代）、后（1943年至1992年）河道比降与水流功率的变化；研究河段上自新马德里（密苏里州）下至纳齐兹（密西西比州），全长约900km；具体分析了裁弯工程前、后6个主河段及13个次河段的河道演变。（1）研究表明：研究河段目前的河道比降与水流功率均较裁弯前有较大幅度的增加，其中增幅最大的是富尔顿（田纳西州）至莱克普罗维登斯（路易斯安娜州）河段，其河道比降与水流功率分别增加了27-36％和20-38％；裁弯工程上、下游河段的河道比降与水流功率也有所增加，但其增幅相对较小。（2）过去研究表明：1932年之后，研究河段的床沙非但没有粗化，反而总体发生了某种程度上的细化；由于密西西比河下游河道不是缺沙河道，因此，水流功率的增加和泥沙中值粒径D50的恒定不变只能通过床沙质输沙量的增加来予以补偿，以达到河道新的输沙平衡。（3）过去研究还表明：20世纪密西西比河的河道输沙量是减少的，但由于这一结论主要是依据于实测总输沙量的分析结果，因此并不能据此认为下游河道床沙质输沙量也相应减少了；本文研究表明：裁弯后的床沙质输沙量大于裁弯前，这是因为：裁弯工程直接导致的次河段水流功率的增加，造成了下游河道的冲刷，从而增加了下游河道的床沙质输沙量；事实上，裁弯工程实施后，在通过河道演变调整达到目前新的动态平衡过程中，这部分新增的床沙质输沙量起着十分重要的作用。（4）研究河段目前的平衡状态可概括为：上游河段保持动态平衡，中游河段通过极度冲刷、下游河段通过淤积达到新的动态平衡；仅考虑河道比降与水流功率的变化并不能完全解释裁弯后研究河段的河道演变趋势，还必须同时考虑裁弯工程上游河段河道演变引起的上游河道来沙量的变化。     

考虑河道演变影响河道治理宽度确定

结合流域实际情况,对河道演变和河床稳定性进行分析。治理河段的河势总体上是稳定的,不会发生大的河槽变迁,凸岸淤积,凹岸冲刷。治理段河床纵向稳定系数均较大,说明河床纵向稳定较稳定,河道底坡可不做大的调整。治理河段河床为冲洪积砂卵砾石,现状河道主河槽宽度为88 m～320 m,结合金塔河现状河岸地形条件,最终选定本工程治理河宽为不小于88 m。     

涉河工程影响下长江中游河道演变及水力特性变化研究

三峡工程运行后，长江中下游河道发生了长距离、长历时的冲刷，河道水位及形态出现显著调整，对长江中游河床的影响最为明显。以三峡大坝下游宜昌至螺山站河段为研究区域，探究了长江中游河床冲淤、深泓变化、横向调整、床面糙率变化以及岸滩植被生长等在三峡水库运行前后的变化规律，并分析其与同流量下洪、中、枯水位变化之间的联系。结果表明：三峡水库蓄水后，河床横向形态变化有助于岸线的展宽；2001～2009年间河床糙率显著增加，并自2009年以来河段粗化作用基本完成；而河段沿程深泓变化则与相应的中、枯水位的变化规律一致。该研究成果可为长江中游河道治理、防洪规划及蓄滞洪区的利用等提供理论参考。     

2020年流域性大洪水下长江下游干流河道演变分析

自2003年三峡水库蓄水以来，长江下游水沙特性发生了显著变化，2020年夏长江流域发生了流域性大洪水。在分析三峡水库蓄水以来长江下游水沙特性变化的基础上，结合2020年洪水期的水情、沙情，利用实测河床地形及大断面资料，分析长江下游干流湖口至江阴多年河道冲淤特性，探讨2020年洪水作用下长江下游河床冲淤变化及河势演变特性。研究表明：自三峡水库蓄水以来，长江下游年均径流量变化较小，输沙量锐减，水沙关系发生明显改变；湖口至江阴河段1998—2006年有淤有冲，2006年后呈单向冲刷状态，且滩槽普冲，在2020年流域性大洪水作用后，长江下游河道延续这一冲刷特征，冲刷强度明显增强，各水位河槽冲刷强度为2016—2020年平均值的2.0～2.8倍；大通以上河段冲刷强度小于下游河段；长江下游分流格局总体稳定，但铜陵河段成德洲汊道有主支汊易位趋势，多次测得右汊分流比超过左汊；扬中河段支汊发展，分流比呈持续微增趋势；河势总体稳定，尚有多个江心洲边滩冲刷明显，铜陵沙首度出现撇岸切滩现象，扬中等局部江段江心洲高滩陡坎有条崩发生；河床纵向仍有冲刷，河道束窄段横断面形态进一步窄深化。对大洪水条件下河道冲淤演变特...     

河道演变及整治浅析

尚志市蚂蚁河是松花江右岸一级支流，源于张广才岭西麓，流经尚志、延寿、方正３县（市），全长３４１ ｋｍ，流域面积 １０ ７２７ ｋｍ２，在尚志市境内长度 １５２．９ ｋｍ，流域面积 ３７６４ ｋｍ２。 蚂蚁河是山岳性壮年期河流，具有河道比降大的特点，上游在五百分之一左右，中游在七百分之一左右，中水以上时流速较大，水流具有较强的冲刷力，因而河床演变比较大。一场洪水过后，洪水就会吞食两岸大量土地，并威胁到沿河村镇人民生命财产安全。因此，研究和认识河道演变的规律，科学有效地治理河道，对保障河两岸的耕地和村镇安全，有着十分重要的意义。 一、蚂蚁河河道演变的特点 河道演变系指河流在自然条件下，受两岸的土质、植被影响，或在受人工建筑物的影响时，所发生的变化，是水流与河床相互作用的结果。河床影响水流形态，水流促使河床变化，两者互相依存、相互制约，处于经常性的运动和发展之中。分析研究证明，河道发生变形的根本原因是由于输沙不平衡。在蚂蚁河的任何一个河段，或任何一个局部地区内，水流受坡降、河床宽窄、河岸地质条件。植被等因素影响，都具有不同的流速，因而也就具有冲刷河床和携沙能力，从而就会使河道发生变化。河道演变，就其演变形式而言，可...     

水库与河道采砂共同作用下的河道演变分析

水库与河道采砂共同作用下的河道有其独特的演变进程。以闽江下游河道为例,对水库及河道采砂作用下的河道演变情况进行初步分析,探讨了两者联动作用下的河道演变特征。结果表明:在水库清水下泄及河道采砂共同作用下,闽江下游河床的演变主要表现为河床纵横向的大幅度下切,河道断面面积显著扩大,河床泥沙损失量极大。在采砂得到禁止的北港,河床则较为稳定,冲淤幅度小。水库与河道采砂引发的河床演变均是使河床形态朝着与水沙条件相适应的平衡状态发展,两者作用下的河道演变呈现出3个特征:河道冲刷加剧,河床下切幅度明显;河床演变规律复杂,演变趋势难以准确预测;演变带来的不利影响非常严重。     

下荆江河道演变特性研究

自20世纪60年代以来，影响下荆江河道演变的主要因素有：中洲子和上车湾两处人工裁弯以及沙滩子自然裁弯；1988年葛洲坝工程蓄水运用；2003年6月三峡水库蓄水运用；1998年以来对下荆江实施了河势控制工程；三口分流分沙相对减少，下荆江水沙泄量的相对增多等因素。文章主要根据20世纪60年代以来实测的水文地质及地形资料，对下荆江河道的演变进行了分析研究。分析认为：下荆江裁弯引起自下而上发展的溯源冲刷；水库蓄水运用引起自上而下发展的沿程冲刷；护岸工程使下荆江河势得到了初步控制，下荆江河道基本按人工控导的方向演变。     

黄河大柳树河段河床演变的三维数值模拟

针对河岸冲刷、河床演变显著的河流,建立考虑河岸变形的三维水沙数值模型,对黄河大柳树河段的河势演变进行数值模拟分析研究。模型中利用三角形网格和局部网格移动及局部加密技术,采用有限体积法离散控制方程,以及基于非结构化同位网格中的SIMPLE算法进行数值求解。依据2011年11月至2012年10月黄河大柳树河段典型断面实测资料对数值模拟结果进行验证,模拟结果与实测结果吻合较好。结果表明该模型能够较好地模拟黄河大柳树河段的水流运动和河床演变,模型中提出的河岸修正技术和局部网格加密技术可有效提高模拟计算精度和效率。     

黄河下游游荡型河段洪水演进与河床变形过程的数值模拟

黄河下游游荡型河段的河床变形过程相当复杂，横向变形尤为突出，现有水沙数学模型一般仅能模拟河床纵向冲淤，不能模拟滩岸横向冲刷与崩塌，本文将平面二维水沙数学模型与粘性河岸冲刷的力学模型相结合，建立河床变形的平面二维混合模型。然后以黄河下游花园口至夹河滩的游荡型河段为例，采用该混合模型，首次较为全面地模拟了1982年汛期的洪水演进与河床变形过程。沿程最高水位、出口断面流量过程等计算值与实测值符合较好。计算结果还表现为大水时主槽冲刷，滩地淤积；小水时主槽淤积，滩地崩塌。该计算结果与游荡型河段的年内冲淤变化规律一致。     

基于系列水沙条件的黄河内蒙段河床演变试验研究

为了探讨系列径流泥沙过程对河床演变的累积效应,对黄河内蒙三湖河口-昭君坟河段,进行了5种不同系列年水沙过程的河床演变试验研究.规划整治工程方案因归顺河势,有效减少了主槽淤积;调水方案流量Q＜ 400m3/s出现几率低,有效减小了小水淤积.不同方案累积淤积量还与高含沙支流洪水的入汇几率有关,入汇次数多,淤积量大;同时也对模拟河段局部纵剖面演变有重要影响.当水沙系列过程使得小流量过程占优时,河相关系(√B)/H增大,平滩流量降低;数据分析表明汛期来沙系数S/Q与河相系数(√B)/H间存在对数型关联性,说明汛期水沙条件是影响河道断面形态的重要因素.     

基于冲积系统趋衡响应模型的河床冲刷研究与预测

运用河流辩证法原理分析非平衡态河流的演变趋势，可见水沙或边界变化等扰动引发的系统偏差普遍表现出时空衰减的特性，在趋于新平衡态的过程中，水流与河床的相互作用总是使偏差朝减小的方向调整，遵循“趋衡性”或“趋衡响应原理”。据此假定扰动发生概率符合泊松分布及单个扰动响应强度满足指数衰减率，给出冲击系统趋衡响应模型的初步形式，基于美国多座水库下游河道实测数据的规律性检验表明，冲积系统对扰动的响应强度随时空推移呈非线性衰减趋势，体现了河流演变的时空趋衡性。在此基础上，选取泥沙起动难度与水流强度反映影响床面泥沙运动状态的两个矛盾方面，以两者之比作为定量描述趋衡衰减系数的动力学参量，率定相关系数后模型即有定量预测水库下游河道河床累计冲刷深度的功能。进而，运用基于三门峡水库下游实测资料率定后的模型对黄河中游古贤水库修建后下游河道的沿程冲刷及潼关高程下降引起的渭河下游河道溯源冲刷过程进行预测。结果表明，龙门和潼关的计算河床累计冲刷深度分别为1.84m和1.43m；潼关高程下降引起的渭河下游溯源冲刷河段长度约为250km，华县、渭南溯源冲刷深度分别为0.54m和0.25m。研究成果为冲积河流非平衡态时空调整过程的预测提供了新思路，具有较大工程应用价值。     

长江下游过江隧道河段最大冲深数值模拟

隧道工程所在位置河床的最大冲刷深度是过江隧道方案设计的关键参数之一,合理确定最大冲刷深度能为保证工程安全和减少投资提供重要设计依据。在分析近年来河道演变特点和前人所做研究的基础上,以长江下游仪征水道世业洲河段拟建过江隧道为例,分析工程河段的来水来沙特点,采用二维水流泥沙数学模型对不同水文年条件下河段河床最大冲刷深度进行了研究。在验证模型水流和泥沙冲淤相似的前提下,确定了动床模拟的不利水沙系列为2007—2010年+1998年+300年一遇洪水流量过程,并结合地质勘测资料对模拟结果进行了合理预测。最终确定过江隧道断面河床左汊最大冲深为10.85 m,右汊最大冲深为8.87 m,该结果对拟建过江隧道工程而言偏于安全。     

云南浑水沟泥石流与大盈江河床演变

通过对浑水沟泥石流治理前后,泥石流输沙量变化与大盈江南底河段河床演变关系的研究,指出泥石流沟对主河河床演变影响的主要原因是,支沟泥石流输入主河泥沙数量的急剧变化改变了主河的来沙条件,导致主河河床的剧烈演变。当支沟泥石流输入主河的泥沙量大于主河输沙量时,主河河床将上涨,在宽谷或山间盆地可形成与平原河流相似的游荡性河流;当支沟泥石流输入主河的泥沙量小于主河的输沙量时,主河河床将下切,并逐渐恢复山区性河流的特征。     

新情势下黄河口演变与整治研究思路

基于黄河口水沙变异的新情况以及经济发展和生态环境建设的新需求,提出新情势下黄河口演变与整治的研究思路。针对目前研究中需要突破的薄弱环节,瞄准国际河口学领域中的前沿问题,采用多学科交叉和多种研究手段,对黄河口开展创新研究。主要研究:黄河口水沙变异特征,尾闾河道枯萎机制及其演变响应,拦门沙演变响应过程及其反馈影响;河口泥沙通量,最大浑浊带、泥沙异重流形成机理,河口海岸淤进、蚀退及其动力平衡机制;黄河口陆海相互作用的整体数模,河口演变趋势与入海流路使用年限;新情势下黄河口治理对策及水土资源优化配置。     

荆江重点浅滩整治的二维动床数学模型研究

本文针对荆江河道边界形状复杂、长宽相差悬殊及水沙具有明显的二维特征．建立了贴体正交曲线坐标系下河道二维动床数学模型。给出了正交曲线坐标系下二维动床数学模型的控制方程、控制方程的离散及数值解法、边界条件及动边界技术。细致地模拟了荆江卵石夹沙河床及沙质河床浅滩河段的水面线、流速场、含抄量浓度场及河床变形。计算的水位、流速分布及河床变形与实测资料吻合良好。在分析河床演变规律及浅滩成因的基础上．进行了不同组次来水来沙水文年的多个整浩方案的数值试验，探讨了重点浅滩段整治原则及整治工程的初步布置。     

荆江典型河弯河势变化三维数值模拟研究

分别建立了三维水沙数学模型及考虑纵向坍塌范围的二元结构河岸崩塌力学模型，并将两者结合，构建立了荆江典型河弯河势研究的三维数值模型。基于非正交网格采用局部网格可动技术处理由崩岸引起的河道摆动过程。模型采用有限体积法对方程进行离散，采用与动量插值技术相结合的SIMPLEC算法进行模型求解。对石首河弯进行了模拟研究，模拟结果表明：模型能够较好地模拟出蜿蜒河道的水沙运动规律，成功地复演了石首河弯1996年10月至1998年10月期间剧烈的河势变化（主、支汊易位及河道摆动等）过程，实测结果与模拟结果吻合较好；其中河岸坍塌是该河段河势变化剧烈的主要原因之一。     

黄河中下游大型水库对下游河道的减淤作用

本文采用泥沙数学模型分别对小浪底水库单独运用以及小浪底与古贤水库联合运用的20个可能运行方案条件下,黄河下游河道的冲淤过程和发展趋势进行了计算研究。结果表明,在黄河上修建大型水利枢纽工程对减轻黄河下游河道淤积,遏制河床抬升具有明显作用。结合三门峡水库运用以来的实测资料,分析了大型水利枢纽工程运用与下游河道演变的内在规律,建立了小浪底水库出库水沙与下游河道泥沙冲淤的量化关系,给出了维持下游河道冲淤平衡的临界条件,为通过大型水利枢纽工程运用来减轻黄河下游河道泥沙淤积提供科学依据。