长江武汉河段平滩及枯水河槽形态近期调整的机理研究

依据实测水沙及地形资料,分析了长江武汉河段近期平滩及枯水河槽形态的调整特点,确定了其与来水来沙及河床边界条件等因素之间的相关关系.三峡工程运用后,进入武汉河段的沙量大幅度减小(汉口站年均沙量仅为1.03亿t/a),河床冲刷较为显著,2001-2016年该河段平滩河槽累计冲刷量近1亿m3.平滩及枯水河槽形态参数计算表明:...     

三峡工程运用后上荆江枯水河槽调整及其对航道的影响

三峡工程运用后,上荆江河段河床冲刷较为剧烈,枯水（5000 m3/s流量下）河槽形态相应发生调整,对航运产生了较大影响。本文通过一维水动力学模型确定了各固定断面的枯水河槽形态参数。由于不同断面的河槽形态沿程存在显著差异,故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河段平均方法,计算了2002-2015年上荆江河段尺度的枯水河槽形态参数。计算结果表明：受大范围护岸及护滩工程的影响,研究时段内上荆江枯水河槽宽度仅有小幅度增加,而相应的水深和面积增加约0.68 m及870 m2,增幅分别达12%及15%,航道条件总体上有所改善;枯水河槽宽深比呈持续减小趋势,由2002年的5.73减小至2015年的5.17,故近期上荆江枯水河槽形态趋于窄深;但在火箭洲、沙市及公安弯道等局部河段,江心洲或凸岸边滩的剧烈冲刷导致河槽展宽,宽深比明显增加,引起局部水深不足、航槽不稳定等现象。此外通过分析河槽形态调整对前期水沙条件的滞后响应,建立了河段尺度的枯水河槽形态参数与前6年平均的汛期水流冲刷强度之间的经验关系。结果表明：受人类活动干扰,上荆江河段尺度的枯水河槽宽度与前期水沙条件的相关程度较低,故建立的枯水河槽宽度公式不能反映水沙条件变化对河宽调整的影响;而上荆江河段尺度的枯水河槽水深、面积、宽深比与前6年平均的汛期水流冲刷强度的相关程度分别为0.92、0.95及0.85,故这三个参数均可较好地对由于三峡工程运用引起的水沙条件改变做出快速响应。     

雨水口泄流对城市洪涝影响的数学模型

为了研究雨水口泄流对城市洪涝的影响,建立包含雨水口泄流计算模块的平面二维水动力学模型. 采用典型街区结构的水槽试验数据对模型进行率定和验证,超过85%的测点纳什效率系数大于0.77. 将模型应用到英国Glasgow的城市街区,采用综合流速公式和孔流堰流公式计算的排水总量最大差值占总水量的26.5%,前者考虑侧支管对雨水口泄流能力的限制作用,更符合实际情况. 与不考虑雨水口泄流相比,采用综合流速公式计算雨水口泄流后,最大淹没范围减少29.4 %,主干道上最大积水水深减小0.395 m,最大积水水深处的洪水波到达时间延后100 s.     

黄河下游的岸滩侵蚀

黄河下游的滩岸侵蚀相当严重 ,尤其在游荡型河段。本文首先提出了滩岸侵蚀的概念及其侵蚀速率的定义 ,同时提出了利用现有水文观测资料研究滩岸侵蚀速率的方法。然后以三门峡水库建库前和蓄水拦沙期黄河下游河道的滩岸侵蚀情况为例 ,讨论了滩岸侵蚀机理及其主要影响因素。最后以实测资料为依据 ,经分析得出了不同河段滩岸稳定性系数及其侵蚀速率的变化范围 ,并建立了滩岸侵蚀速率的经验关系式。     

考虑河岸冲刷的弯曲河道水流及河床变形的数值模拟

本文将正交曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型和粘性河岸的冲刷模型结合，用于模拟弯道内的水流运动、悬移质泥沙的输移、河床的纵向及横向变形.用水槽试验资料验证了本文提出的水流模型，结果表明流速分布、水位等计算结果与实测值相当符合.应用建立的水沙数学模型以及河岸冲刷模型，模拟了一概化弯道在持续清水冲刷下的主流线位置、断面形态、主槽比降的变化过程，模拟结果符合弯道演变规律.     

特约文章：近期长江中游枯水河槽调整及其对航运的影响

三峡工程运用后,长江中游河段持续冲刷,枯水河槽形态调整显著,对航运条件产生了较大的影响。本文首先采用枯水河槽形态参数计算方法,确定了长江中游各固定断面的枯水河槽形态参数;然后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河段平均方法,计算了2003—2016年长江中游4个子河段的平均枯水河槽形态参数。计算结果表明长江中游枯水河槽宽深比总体呈减小趋势,河床趋于窄深,对航运条件有利。此外还建立了各子河段枯水河槽形态参数与前期多年平均水沙条件之间的经验关系：当滞后响应年数n = 5时,经验关系在宜枝及荆江河段的决定系数达到最大;而当n = 7时,经验关系在城汉及汉湖河段的决定系数达到最大。总体而言,各河段枯水河槽形态参数调整（除河宽外）均可对进口水沙条件的改变做出较好的响应,且越靠近三峡大坝,响应程度越高。     

基于BSTEM模型的二元结构河岸崩塌过程模拟

针对上荆江典型二元结构河岸的崩塌问题,综合考虑近岸水流冲刷作用与河岸土体组成及力学特性,采用BSTEM模型分析了上荆江不同时期的岸坡稳定性,并对二元结构河岸的崩塌过程进行了模拟.结果表明:枯水期和汛前涨水期河岸稳定性较高,为崩岸较弱阶段;洪水期和落水期河岸稳定性较低,并伴随持续崩塌,属崩岸强烈阶段.此外分析还表明坡脚冲刷和潜水位变化对河岸稳定性有重要影响,两者分别是引起洪水期和落水期崩岸强度较大的重要原因.最后在综合考虑坡脚冲刷、潜水位变化和崩塌后土体在坡脚堆积等因素基础上,模拟了2009-2010年荆34断面右侧河岸的崩塌过程,河岸崩塌总宽度与崩塌后岸坡形态等模拟结果与实测结果符合较好.因此在模拟上荆江二元结构河岸崩塌过程时,必须同时考虑坡脚冲刷、潜水位变化和坡脚堆积等因素的影响.     

三峡工程运用后荆江河段平滩河槽形态调整特点

为确定三峡水库蓄水后荆江河段平滩河槽形态调整特点,提出基于河段尺度的平滩河槽形态参数的计算方法,计算上、下荆江段2002—2013年汛后河段平均的平滩河槽形态参数.结果表明:三峡工程运用后,坝下游河床冲刷加剧,个别河段河势变化剧烈,但总体河势仍基本稳定;尽管局部河段的崩岸现象较为突出,但河段平滩宽度总体变化不大,上、下荆江平均河宽分别为1 388及1 305m,而河段平滩水深平均增加1.6及1.0m,故荆江河段的平滩面积在持续增加.最后建立河段尺度的平滩河槽形态参数与前期5a平均的汛期水流冲刷强度之间的计算关系,用于预测该河段平滩河槽形态随水沙条件的变化趋势.     

三峡工程运行后荆江河段坡比的统计特征及稳定坡比确定

以长江中游荆江河段为研究对象,依据2002―2016年的断面地形资料,分析了该河段的崩岸特点;统计了不同年份内沿程各断面的水上坡比和水下坡比值,建立了相应的概率密度函数,以此为基础确定了荆江段的稳定坡比。研究结果表明：1）荆江段左岸坡比大于右岸,且典型崩岸区域的坡比值通常较大;2）上、下荆江段的水下坡比均可以采用对数正态分布函数来描述,相关系数均超过0.95;3）基于建立的概率密度函数,结合崩岸断面的占比,确定了荆江段河岸的水下稳定坡比为0.3,水上稳定坡比为0.5;4）采用2016―2018年的实测地形资料,对提出的稳定坡比进行验证,表明这些统计特征值能较好地对崩岸情况进行判别。     

黄河下游水沙演进与洪水风险评估耦合模型

黄河泥沙主要来源于中游,而水沙灾害在下游最为严重,导致黄河下游河道治理与滩区发展矛盾十分突出。为此,构建了黄河下游水沙演进与洪水风险评估的耦合模型,包括长河段水沙演进的一维模型与局部河段二维水沙演进及洪水风险评估模型。对一维模型,嵌入改进后的动床阻力与水流挟沙力计算公式;对二维模型,采用无结构三角网格,能精确反映主槽及滩区的不规则边界,同时采用有限体积法求解水沙耦合控制方程,并嵌入滩区洪水风险评估模块。采用2017年低含沙洪水过程与2004年高含沙洪水过程分别对不同模块进行了验证。最后采用该耦合模型计算了1958型极端洪水过程中长河段及重点河段的水沙输移过程,并开展了不同治理模式下的滩区洪水风险评估。计算结果表明：1)在当前黄河下游河床边界条件下,洪峰沿程衰减较快。其中夹河滩至高村河段几乎全部漫滩,漫滩历时较长,平均为140 h,漫溢系数平均为1.5,是下游漫滩最严重的河段;2)在现状边界条件下,群众及农作物等受淹对象处于高风险区(风险等级大于0.85)的面积均最大。在防护堤模式下,群众处于高风险区的面积很小,占比仅为23%,但农作物处于高风险的面积较大。在三滩分治模式下,房屋及农作物...