下荆江急弯段河床形态调整对水流特性的影响

三峡水库运用后下荆江急弯段出现“凸冲凹淤”现象,研究急弯段河床形态调整对水流特性的影响十分必要。基于2002年、2011年和2016年实测地形,采用Delft 3D水动力学模型计算上游来流为5 000 m³/s、10 000 m³/s和20 000 m³/s流量的七弓岭急弯段水流特性,探讨河床形态调整对弯道段流速分布与二次流结构和强度的影响。结果显示：七弓岭急弯段2002年至2016年的水流动力轴线大幅左摆,三种流量级条件下分别左摆1 160 m、1 130 m和900 m;水流冲刷动力在凸岸增强,凹岸减弱。这三年的凸岸侧垂线平均流速最大值依次为1.24 m/s、1.91 m/s和1.66 m/s。凹岸侧最大流速依次为2.55 m/s、0.97 m/s和0.80 m/s。七弓岭弯顶上游的断面平均环流强度递减,凹岸沙洲的二次流已非常微弱,导致泥沙淤积。     

黄河下游游荡段持续淤积及冲刷时平滩河槽形态调整规律

自1986年以来,由于上游来水来沙量不同程度的减少及小浪底水库的运用,进入黄河下游的水沙条件发生了较大变化.下游河道分别经历了持续淤积和持续冲刷的过程,其平滩河槽形态调整较为显著,尤其在游荡段.利用1986-2012年汛后实测淤积断面资料,统计了各年游荡段汛后28个断面的平滩河槽形态参数(平滩河宽、水深及面积等).然后,采用基于对数转换的几何平均结合断面间距加权平均的方法,计算了基于河段尺度的游荡段平滩河槽形态,并分析了这些参数的变化规律.计算结果表明:河段平滩河槽形态的调整与汛期及非汛期水沙条件都密切相关,且能与前期4年平均的汛期及非汛期的流量及来沙系数建立经验函数关系.该关系式可反映出流量、来沙系数对平滩河槽形态各参数的不同影响,并有较高的相关系数.     

近年城市洪涝致灾的水动力学机理分析与减灾对策研究

在极端降水事件明显增加和城市快速发展的背景下,由暴雨引发的城市洪涝灾害呈急剧上升趋势,不仅造成了严重的人员伤亡,而且产生了巨大的经济损失与社会影响.开展暴雨洪涝致灾的水动力学机理与减灾对策研究,能够为城市洪涝灾害防控提供科学依据.针对近期国内发生的典型城市洪涝灾害事件,首先分析了城市尤其是城市地下空间的洪涝灾害特点,剖...     

潼关高程与其影响因子的相关分析

针对三门峡水库蓄清排浑运用以来潼关高程变化的成因,对潼关高程与其影响因子的相关性进行了分析。结果表明:计算潼关高程时应考虑来水来沙影响因子、前期影响因子及其他因子;潼关站和华县站洪水期日平均流量大于2 500 m3/s的持续天数与潼关高程的相关性最好;对于前期水库运用方式的累计影响,使用滑动平均法比直接利用上一年汛后潼关高程作为初始条件来反映滞后影响的精度要高,且滑动年数为6年时精度最高;在滑动年数为6年的方案基础上,同时考虑潼关站最大洪峰流量、黄淤31—黄淤41断面累计冲淤量、非汛期坝前最高运用水位等影响因子的潼关高程BP模型可以得到较高的计算精度。     

冲淤面积分配模式对黄河下游一维模型计算结果的影响

冲淤面积分配模式是一维水沙数学模型中需要处理的技术问题之一,合理选择冲淤面积分配模式能够保证一维模型的计算精度。本文首先建立了用于模拟实际游荡型河流复杂断面形态下洪水演进的一维水沙耦合模型。然后以黄河下游游荡型河段为研究对象,利用下游1992年实测高含沙洪水过程资料对所建模型进行了验证,计算值与实测值吻合较好。最后采用一维模型中常用的五种冲淤面积分配模式计算了该场次高含沙洪水过程,分析了不同分配模式对模拟结果的影响。结果表明:等厚度分配模式的计算效果相对较好,按子断面流量分配与按挟沙力分配两种模式的计算精度相当。冲淤面积分配模式对流量及水位影响相对较小,而对含沙量及河道冲淤过程影响较为明显,尤其对于淤积严重的河段。     

荆江河段崩岸机理及多尺度模拟方法

三峡工程运用后,进入荆江河段的水沙条件大幅度改变,导致近期崩岸频繁发生,影响局部河段的河势稳定及河道防洪安全。荆江段河岸组成一般为上层黏性土、下层沙土的二元结构,在近岸水流冲刷及河道水位涨落过程中受多种因素作用而发生崩塌。以往崩岸模拟考虑因素少,且相关参数难以量化确定。将河流动力学与土力学结合,提出了荆江段河岸土体物理特性与抗剪、抗冲及抗拉强度三大力学特性的量化指标,建立了上、下荆江二元结构河岸稳定性的计算方法,揭示了坡脚冲刷、潜水位变化等因素对岸坡稳定性的影响;提出了河岸崩退过程的多尺度模拟方法,将崩岸力学模型与水沙数学模型耦合,不仅能模拟河道内水沙输移及床面冲淤过程,而且还能模拟不同二元结构河岸的崩退过程。将建立的模型应用于荆江河段典型断面、长河段及局部河段的崩岸过程模拟,计算结果与实测值总体符合较好。提出的多尺度模拟方法为荆江崩岸预测提供了理论与技术基础。     

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。     

河道横向展宽机理与模拟方法的研究综述

本文首先描述了冲积河道横向展宽的现象，深入地分析了导致河道横向展宽的两类机理，即受冲积作用控制的展宽机理（包括水流直接冲刷、河岸崩塌）和不受冲积作用控制的展宽机理（包括渗流、管涌的破坏、风浪淘刷河岩的破坏等）。然后指出了河道横向展宽的力学关系及影响因素。最后系统地总结了当前模拟河道横向展宽的三类方法（经验方法，极值假说方法和水动力学－－土力学方法）的优缺点及适用范围，并提出了进一步研究的问题。     

近期黄河下游游荡段平滩河槽形态变化计算

小浪底水库运用后黄河下游河床持续冲刷,其平滩河槽形态发生了显著变化,尤其在游荡段。而游荡段的断面形态沿程变化较大,因此需要采用基于河段尺度的特征变量来描述整个游荡段的平滩河槽形态变化。本文应用了基于河段尺度的平滩河槽形态参数(平滩河宽、水深及面积等)的计算方法,该方法以各断面的这些参数计算为基础,同时考虑了基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均的计算。然后利用近10多年来下游游荡段的实测大断面资料,计算了汛后各断面及河段尺度的平滩河槽形态参数。计算结果表明小浪底水库运用后,游荡段主槽形态调整中尽管横向展宽过程较为突出,但仍以冲刷下切为主。最后建立了河段尺度的平滩河槽形态参数与下游4年平均的汛期流量及来沙系数的关系式,在一定条件下可预测游荡段平滩河槽形态变化情况。     

三峡工程运用后宜枝河段平滩流量调整特点

三峡水库蓄水运用后,清水下泄使得坝下游宜枝河段发生显著冲刷,河道过流能力也相应调整。宜枝河段(包括宜昌及宜都两河段)断面形态复杂,且过流能力沿程差异较大,河段平均的平滩流量更能反映其综合过流能力。采用基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的方法,分别计算了宜昌及宜都河段2002—2013年各年汛后的平滩流量,分析了河床冲淤变化对河段平滩流量的影响,同时还建立了两河段平滩流量与前5 a汛期平均水流冲刷强度的经验关系。结果表明当河段冲刷时,平滩流量增大,反之则减小;宜昌河段平滩流量与水流强度相关性系数较低,为0.64,而在宜都河段为0.94,表明宜都河段对上游水沙条件变化的响应较宜昌河段更为显著。