基于GIS的河道演变与可视化分析方法研究

基于GIS的河道演变与可视化分析是长江水利委员会水文局研制开发的长江水文泥沙信息分析管理系统建设的一项重要内容.首先对数字高程模型和河道地形空间数据和属性数据的管理模式进行了系统性的说明,然后根据GIS分析方法对河道槽蓄量、冲淤量、冲淤厚度以及断面的任意切割计算方法和可视化表现形式进行了系统性分析和研究.研究成果在许多工程研究领域得到了广泛应用,发挥了较好的经济效益和社会效益.     

输沙量差法计算河道冲淤量的误差分析

输沙量差法是计算河道冲淤量的主要方法之一。分析了输沙量差法与断面法计算河道冲淤量结果之间的差异和采用输沙量差法计算河道冲淤量的误差来源,提出了计算河道冲淤量中误差和相对误差的表达式。结合黄河下游现行测量条件,指出：①河道输沙量测验的相对中误差为1．7％～2．5％,能满足了解河道输沙情况的要求;②一般情况下河道冲淤量的绝对值远小于输沙量,但其绝对误差又大于输沙量的测验误差,导致计算的河道冲淤量的相对误差较大;③河段冲淤量的相对误差随冲淤量的减少而增加,甚至出现实测的冲淤量小于其测量误差,导致冲淤量计算成果定性困难;④当河道内的冲刷量或淤积量占来沙量的比例较大时计算的冲淤量相对误差很小,但河段淤积率降低到一定程度时,冲淤量的相对误差迅速增大,甚至超过100％,此时采用输沙量差法计算的河道冲淤量无使用价值。     

长江安徽段河道冲淤变化分析

本文利用已有的长江水道地形测绘图,分析计算了长江安徽段河道近50年来冲淤量变化情况,归纳总结其变化特点及规律,分析堤防工程、三峡工程等因素对河道冲淤的影响,为河道研究、治理工作提供技术参考。     

1998年以来黄河下游河道冲淤变化分析

依据黄河下游业不来沙和断面冲淤实测资料，分析了１９９８年６月－２０００年５月下游河道冲淤特性以及加密试验断面的对计算冲淤量的影响。结果表明：这一时期枯水少沙，洪流量不大，下游河道汛期淤积，非汛期冲刷，主槽淤积加剧；汛期淤积集中于孙口上河段，非汛期冲刷主要在夹河滩口以上河段；测验断面加密后提高了计算冲淤量的精度，河段冲淤定性上也趋于更加准确。     

渭河中游近期冲淤变化及其原因分析

2011年渭河综合整治实施以来渭河中游部分河段冲刷显著,为理清中游冲刷的主要原因,本次采用输沙率法、断面法两种方法计算不同时期河段、滩槽冲淤量的对比分析来探索中游河道冲刷原因;对比分析表明:渭河中游2003年~2010年期间冲淤变化是河道自然冲淤正常动态波动,近期2011年~2015年期间主要是综合整治人工大量取土扰动造成的,自然冲淤居于从属地位。     

基于BP网络的场次洪水冲淤量计算

本文针对黄河下游1950-1985年298场历史洪水实测资料进行了统计分析,分析出了影响场次洪水冲淤量的主要因素,利用BP神经网络建立了各影响因素与下游河道冲淤量的关系模型,并对模型进行了验证,结果表明:计算值与实测值吻合较好,计算精度较高,可以用来对场次洪水冲淤量进行预报,计算方法较传统方法简便。     

淮河中游输沙量差法和断面法计算河道冲淤量成果比较

分析淮河中游河道冲淤规律一般采用输沙量差法与断面法。本文简要介绍了输沙量差法和断面法的计算方法,在此基础上分析了两种方法各自的误差。针对两种方法在计算淮河中游冲淤量出现的差异,以吴家渡～小柳巷河段为例进行了分析和探讨。     

基于断面地形法和网格地形法的河道冲淤计算分析

河道的冲淤量及其分布是相关工程规划设计和防洪决策的基本依据,在生产实践中,冲淤计算一般是采用断面地形法。随着GIS技术的发展,三维表面的建模和表面分析已逐渐成熟,为推广网格地形法计算河槽冲淤量创造了条件。该文通过对比断面地形法、网格地形法两种方法计算的河道冲淤量,分析其误差来源及解决方法,评估其方法的适宜性和可靠性,得出GIS支持下的网格地形法计算河道冲淤可视化强,提高了效率和精度。     

DEM技术在河床冲淤变化分析中的应用

河道冲淤分析是河床演变研究的主要技术方法，以DEM作为工具，对河床冲淤进行分析研究，不仅可以提高工作效率，而且还可以提高成果的精度对比DEM冲淤分析方法和传统的冲淤分析方法的技术特点，指出采用DEM为工具的冲淤分析方法所具有的技术优势，为河床演变提供新的研究方法。     

黄河下游河道冲淤时空分布规律研究

根据黄河下游河道特征和进入下游河道的水沙条件,对下游河道冲淤的时空分布规律和冲淤量进行了研究,结果表明：下游河道冲淤量与花园口水文站的来沙系数有较好的相关关系;当进入下游河道的水沙条件与河道挟沙能力不相适应时,河道会自动迅速调整,调整速率沿程逐渐变小,进入艾山以下河段后河道冲淤时空分布规律趋于一致;根据推求的经验公式计算了小浪底水库运用初期下游河道冲淤量和冲淤强度的沿程分布,结果与实测值基本一致。     

取水工程附近河床冲淤规律数值模拟研究

取水口处的泥沙淤积问题关系到取水工程能否安全运行,从水流、河势角度论证了取水口布置的合理性,并减少取水对航道及防洪影响的必要性。以长江九江湖口水道某电厂取水口为例,采用平面二维水沙数学模型研究了取水口附近局部流态、河床冲淤、取水工程处悬沙含量等的变化规律,并对附近河床近期变化进行了预测。计算条件采用丰、中、枯典型年和典型系列年水沙条件,系列年考虑三峡工程和上游水库调度的影响。通过分析计算结果,选择了较优取水口方案,并推荐了适宜的取水口标高。研究结果表明,同一河段取水工程处河床冲淤规律受来水来沙条件和取水工程位置处的局部地形的共同影响。     

河道实测冲淤量不同计算方法结果比较分析

在生产实践中,采用不同计算方法得出的冲淤量结果往往差别很大,部分河段、部分时段甚至存在冲淤性质相反情况。采用大量的实测水沙、地形资料,运用断面地形法、网格地形法和输沙量平衡法3种方法计算了三峡水库蓄水后三峡坝下游宜昌至监利河段的实测河床冲淤量,对不同计算方法的计算结果和影响计算精度的因素进行了分析,运用非线性分形理论对河床起伏程度与断面代表性关系进行了研究。研究结果表明输沙量平衡法需对悬沙测验成果进行改正,并考虑泥沙测验定线误差、水量不平衡、河道采砂和分流洪道冲淤;断面地形法需在弯道、汊道、河道急剧放宽和束窄的局部河段布置相对较密的断面;网格地形法需选择适宜的插值方法,且网格尺寸不宜大于施测断面点间距。     

滩涂围垦冲淤变化及对生态环境的影响 ——以舟山钓梁围垦工程为例

以浙江舟山钓梁围垦工程为例,利用数学模型的研究成果,分析了冲淤环境改变对周围环境敏感点的影响。同时结合项目区生态环境现状,对工程带来的潮间带及底栖生物的损失、渔业资源损失进行预测,并采用《建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程》进行损失估价。最后提出冲淤不利影响的减缓措施及海域生态补偿措施,以供类似工程参考。     

河床形态冲淤调整的分形度量

将河流动力学与数学中的分形理论相结合,以河床冲淤较为剧烈的三峡坝下游典型分汊河段为例,分析了河床表面分形维数（BSD）的变化及其与相应河段平面、纵剖面、横断面冲淤调整特点的关系。结果表明：BSD具有时空变异性,一方面不同类型河段BSD是不同的,其可在一定程度上反映河型,甚至河型亚类的差异;另一方面同一河段BSD随河床冲淤进程亦发生相应变化,其与河床形态调整存在着必然联系。同时,BSD值与典型剖面形态的复杂程度呈正相关性,可从整体上描述河床表面形态冲淤起伏的剧烈程度。BSD作为河床表面形态冲淤起伏程度的定量工具,其在河流动力学领域中的河势量化分析、河型判别及河道形态阻力计算等方面将具有一定的参考价值。     

长江口深水航道治理一期工程实施后北槽冲淤分析

对长江口深水航道治理一期工程实施后北槽的地形资料进行分析计算 ,论述了北槽河床冲淤变化。结果表明 :一期工程实施后 ,整治工程段北槽河床普遍冲刷 ,平均水深增幅达 1 2m ,断面平均水深最大增幅超过2m ,坝田明显淤积 ,河床断面比较对称 ,航槽回淤减少。北槽进口段和北槽中段的深槽发生较为明显的淤积 ,北槽纵向河床断面面积和平均水深趋于均匀 ,形成了一条上、下段平顺衔接的微弯深泓线。工程实施后北槽的河床总容积基本保持不变。整治建筑物完成一年后河床基本达到冲淤平衡 ,工程引起河床大幅度冲淤调整完成后 ,北槽仍具有明显的洪淤枯冲规律 ,主槽季节性冲淤幅度平均在 30cm～ 5 0cm之间。     

基于多源数据的河道不规则三角网构建方法

河道不规则三角网是数字河道地形的基础,是河床演变定量分析和进一步河势分析的前提。对河道不规则三角网的构建方法进行了研究,分析了三角网不平滑和与地形不符的异构三角形出现的原因,提出了基于河道测点和大比例尺DEM、河道深泓线、等深线的河道不规则三角网构建方法。通过长江镇扬河段的河道三角网构建实验,表明该方法在保证与实际地形吻合的前提下有效地解决了以上问题,切实可行。     

额济纳地区绿洲恢复生态需水量研究

在现有研究的基础上,再度明确了生态需水量的涵义;通过对干旱地区植被生态需水量现有计算方法的分析,考虑植被盖度对生态需水量的影响,提出了计算干旱地区天然植被生态需水量的新方法;在对额济纳绿洲现状分布特点分析的基础上,综合考虑绿洲恢复规模和生态功能之间的关系,提出了额济纳绿洲恢复的若干方案,应用所提出的生态需水量计算方法对各方案生态需水量进行计算,并以研究区未来可利用水资源总量为约束,确定了额济纳绿洲未来的恢复方案。     

窄缝式挑坎下游河床冲刷特性研究

溢洪道下游出口设置了窄缝式挑坎之后,增大了其挑射水流的消能率,可明显减轻对下游河床的冲刷.在简要地分析溢洪道窄缝式挑坎体型布置的基础上,根据溢洪道窄缝式挑坎下游河床冲刷的水力模型试验资料,提出了其下游河床冲刷深度的计算式,并给出了相应的算例.本文成果可供类似工程设计和运行参考.     

灯泡机组径流水电站全枢纽过渡过程计算研究

在与灌溉相结合的灯泡式机组径流水电站系统中，其稳态初值的计算和全枢纽过渡过程的计算都是难点，而且由于径流式水电站的特殊性，有时需要考虑河床涌浪的影响，针对带有灌溉系统并装设灯泡式机组的径流水是站，进行了计及涌浪影响的全枢纽过渡过程计算，并在稳态初值计算中使用虚拟阻抗法对流体网络进行求解；计算及分析了涌浪对枢纽机组过渡过程的影响及由涌浪引起的对枢纽运行机组的水力干扰情况，计算结果表明，坝前，坝后河道中涌浪对该类电站的过渡过程产生明显的影响。