论均衡输沙与河床演变的平衡趋向

河床时空演变异常复杂.如何从复杂多变的现象中抓住本质,其中最重要的一条,就是要掌握泥沙输移与河床演变的平衡趋向,这对认清其发展态势和预估变化前景是很有意义的.本文从冲淤导向反面、河道均衡输沙、水库建立均衡输沙过程、水库下游和径流量减少的河道的均衡输沙等四个方面进行了论述.其中列举了大量实际资料和深入的理论分析,指出了其平衡趋向和达到平衡的过程.本文对于认识一般输沙与河床演变、揭示其机理,也是有意义的.     

三峡水库入库泥沙数量已经、并继续大幅度减少——对"关于三峡水库入库泥沙条件的讨论"一文的回应

针对有文章对三峡水库淤积研究采用的来沙系列提出了异议[1],认为数量偏小,从而使淤积研究成果不安全,“要更多的‘居安思危’才是科学的态度”。本文对此专门予以回应。文中首先指出,在三峡工程论证和设计阶段,采用的1961-1970年水文系列较之多年平均值是偏大的,不是文献[1]所谓偏少。其次,也是更主要的,嘉陵江来沙大幅度减少,及金沙江下段的溪洛渡和向家坝两个电站水库的拦截泥沙,将使三峡水库入库泥沙在100年以内,减少约230×108t,占入库站寸滩来沙量的54.0%。相应的粗沙减少49.28×108t,占寸滩来沙量的80.7%。接着,指出金沙江一系列的水电开发的高坝水库,截断其来沙是长期的,这将是一个客观事实,任何理由也不能否认这一点。文中还提到了嘉陵江来沙减少原因、水库入库站的定义、以及近底层测验资料表明粗沙漏测的数量等专门问题,并指出这些都不是加大粗沙的理由。最后,论述了来沙减少对三峡水库淤积的影响,特别是变动回水区在相当长的一段时间,淤积还会大为缓解。若置100年内以及更长时间减沙的重大效益于不顾,反而提出要加大粗沙来量,这不是用“科学的态度”,或“居安思危”能够解释的。     

淮河蚌埠以下河道疏浚对降低洪水位的可行性及长效性研究

目前淮河中游洪涝灾害仍然严重,为了减轻灾害损失,迫切需要找到更加有效的治理措施。疏浚虽然是一种常用河道治理措施,可以理顺河势,降低洪水位,但是由于担心疏浚后回淤,效果不能维持,一直没有作为主要措施在淮河治理中使用。为此,首先从研究淮河中游河道演变规律出发,量化第二造床流量,揭示第二造床流量与平滩流量关系的机理,探寻淮河治理的新方法,为采用河道大规模疏浚来降低洪水位提供理论依据。然后采用非均匀不平衡输沙数学模型就上段疏浚、下段疏浚以及全河段疏浚对降低淮河干流洪水位的效果以及长期维持情况进行了计算研究。研究结果表明,长距离河道疏浚不仅能够大幅度地降低干流河道的洪水位,而且不会发生明显回淤,疏浚效果可以长期保留,为淮河的洪涝灾害治理提供了新思路和新措施。     

非均匀沙不平衡输沙的理论研究

文中首先给出了由我们建立的床面泥沙交换理论导出的非均匀沙扩散方程的边界条件。建立了恢复饱和系数的表达式,包括了强平衡输沙和不平衡输沙两种情况。同时给出了泥沙在床面静止、滚动、跳跃与悬浮的概率方程和数值结果。引进了挟带分组泥沙的水量百分数,它是研究非均匀沙的重要概念和工具。进而论述不平衡输沙时总挟沙能力、挟沙能力级配及有效床沙级配的方程。证实了床沙质、冲泻质与全沙具有统一的挟沙能力。最后从理论上证明了在河道中粗细泥沙发生交换的现象。     

黄河下游输沙能力的表达——“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之一

黄河下游输沙能力的表达,即不同河型的输沙能力公式.从公式可以看出,输沙能力的大小,除与泥沙粗细有关外,主要决定于坡降和河相系数.挟沙能力沿程调整的方式是:黄河下游上段游荡型河段坡降大,主要靠河相系数大来抵消;而下段弯曲型河段坡降小,主要由河相系数减少来补偿.     

三峡水库推移质数量分析及淤积研究

首先在引进三峡水库实测推移质数量后,针对采样器效率较低、测量精度较逊而引起的质疑,从推移质运动机理和有关理论成果,论述证明了实测数值是基本可靠的.接着提出了考虑因素较为全面的非均匀输沙率公式,并且对朱沱、寸滩两水文站实测资料进行了验证和对比,两者的符合,说明了公式的可靠性,也提供了卵石推移质数量的一个旁证.继而引进了推悬比理论关系,阐述了在卵石河床上沙质推移质很少的机理,同时计算了寸滩水文站沙质推移质数量,结果与实测值颇为相近.最后估算和分析了推移质的淤积部位,从宏观上指出了其影响.     

小浪底水库的拦粗排细及异重流排沙——"黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力"之七

介绍了水库淤积时的泥沙分选规律,给出具体分析公式和算法。对小浪底水库异重流排沙做了深入分析,包括潜入条件和异重流畅流排沙、浑水水库排沙以及两者结合的排沙效果,指出后者排沙比最大,同时验证了排沙时的淤积及分组排沙比。在调水调沙过程中,应很好地利用异重流排沙。     

泥沙交换的统计规律

本文叙述了处于不同状态泥沙的交换机理,研究了交换颗数的条件分布、条件期望及无条件期望,引进了单位时间通过单位床面的平均交换颗数即交换强度的概念,并建立了12种交换强度的表达式,阐述了其物理意义.最后概述了交换强度的应用;所得的结果表明,它是研究泥沙运动的一种有效工具.     

淤积物的初期干容重

文中首先以丹江口水庫資料为例,說明淤积物干容重变化的各种現象,进而指出了影响干容重变化的基本因素是淤积物級配和压密条件。其次,探討了淤积物初期干容重的含义,得到了均匀沙初期干容重的表达式,并用野外和室内实測資料进行了核驗。最后,闡述了非均匀沙干容重变化的机理,研究了非均匀沙互不充填、均匀充填与随机充填等不同情况,提出了相应的計算公式,并經实际資料驗証,結果是滿意的。