河岸淘刷及其对河岸崩塌的影响

通过研究河岸岸脚淘刷机理与岸滩稳定性，把岸脚淘刷与岸滩崩塌有机地连接在一起。在分析岸滩泥沙起动特点和顺直河段剪切力分布的基础上，指出在同样的水流条件下，河岸泥沙比河底泥沙更容易起动和冲刷，顺直河道的河岸冲刷主要发生在岸边的中下部或岸脚的地方。借用水流泥沙运动理论、水流动力理论和水流涡流理论就弯曲河道的淘刷机理进行了分析探讨，指出在主流和副流的共同作用下，弯道进口处的凸岸、弯道及其出口处的凹岸都属于高剪切力区。河岸淘刷严重，其中凹岸岸脚处的剪切力最大、淘刷最严重。河岸的侧向冲刷，特别是岸（堤）脚的冲刷，导致岸滩泥沙块体的滑力（矩）增加。阻滑力（矩）减小，相应的稳定系数减小，当冲刷到一定程度，岸滩崩塌。     

曲线坐标系下考虑植被影响的三维水沙数学模型

建立曲线坐标系下的三维水流泥沙湍流运动模型模拟弯曲渠道内布置水生植被后的水流结构和河床变形分布,计算了试验室60o弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布以及不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响。数值结果较好地再现了试验规律。计算结果表明在弯道内布置植被会改变水流流速分布情况:植被覆盖区域的水流流速降低、弯道内二次流减弱和泥沙运动减弱,而非植被覆盖区域的水流流速增大、断面二次流依然存在且泥沙运动加剧。通过比较两种水生植被布置条件下的床面变形情况,发现合理布置植被可以减缓凹岸的泥沙侵蚀,但也会加剧凸岸的泥沙淤积。     

黄河小浪底枢纽泥沙问题的试验研究

本文利用小浪底枢纽多年模型试验资料，总结了黄河小浪底枢纽泄水建筑物进行弯道凹岸侧向进水口前的河势流态、水流结构、含沙量分布、异重流、淤积地形及漏斗形态等特点，提出了泄水建筑物进口布置及运用的原则。     

山区多泥沙河流水电站闸室及护坦修复处理技术研究

我国西南地区河流的河道坡陡流急,泥沙问题十分突出,尤其是推移质来量丰富,粒径级配分布宽,对水电工程冲磨破坏作用更为强烈。由于泥沙含量大,尤其是推移质含量大,水流速度高,泄水建筑物的冲磨和空蚀问题已经成为山区多泥沙河流水电站运行中的主要病害之一。本文以某水闸为例,分析了过流建筑物发生破坏的原因,介绍山区多泥沙河流闸室及护坦修复设计的经验。     

U型弯道流速变化的物理模型研究

每年，邻近河道的农田、公路和建筑物会由于水流冲刷、河道变迁以及河流的弯曲发展而受到破坏，这种现象发生在河流弯道处，这是因为水流流态和流速在弯道处发生变化而影响到泥沙输送、冲坑形状以及泥沙淤积。因此，研究弯道处的水流特性对设计标准的选择和桥梁、防冲坝以及侧入水口等涉河建筑物位置的选定意义重大。同样，对于改善河道亦有效用。     

弯曲河道水力特性对枢纽运行的影响及改善措施的试验研究

枢纽从凸岸到凹岸依次布置电站、泄水闸、船闸。由于弯道环流的影响,水闸泄流能力不足,壅水超高;电站进水口前有较大范围回流,泥沙淤积问题突出;船闸口门区岸坡流速较大,威胁通航安全。对此展开物理模型试验研究,通过改变凸岸岸线、设置拦漂桥、凹岸护坡等工程措施改变枢纽处水流的水力特性,使水闸泄流能力提高到规范要求,降低壅水,电站引水防沙及通航安全得到保障。以上工程措施对其他弯道上的枢纽工程同样具有借鉴意义。     

河道改造对弯曲河段的水力影响模拟研究

以浏阳河朝正垸急弯河段为例 ,采用MIKE21水动力平面二维水流 -泥沙模型先进行率定 ,综合考虑长沙枢纽运行后湘江水位抬升对浏阳河下游的顶托与浏阳河不同频率洪水的叠加作用 ,采用该模型对上游直线段、弯段、下游直线段的水文变化、流速变化及冲淤情势进行多工况模拟.结果表明 :对于弯曲河道尽管改造拓宽弯曲段 ,在凸岸水流流速增大 ,可能存在冲刷 ,凹岸局部会产生淤积 ,在近邻弯曲下游段凹岸局部还会产生水位壅高.结果可指导本河段防洪规划设计 ,对类似工程也具有借鉴意义.     

三峡工程运用后荆江不同河型河道演变分析

利用三峡工程运用以来实测水沙和地形资料,分析荆江河道分汊、弯曲、顺直等河型调整的规律,并对其变化原因进行探讨.三峡工程运用以后,分汊型河道变化主要表现为凸岸支汊发展;弯曲型河道演变特点为凹岸深槽淤积,凸岸边滩冲刷,断面形态由偏“V”单槽向“W”型双槽转化;顺直型河道变化特点是两岸交错边滩冲刷,深槽淤积,河道断面向宽平方向发展,深泓年内变化频繁.从水流能量的角度,探讨了荆江不同河型河道调整的原因.由于三峡工程运用后荆江特别是下荆江河段水流输沙所需要的弯曲度明显较建库前小,因此弯曲河段凸岸边滩冲刷以减小水流弯曲度,是响应上游水沙变化的重要方式.     

含沙量对冲积河流河型的影响

黄河下游泥沙输送的机理随含沙量的变化很大。黄河下游的河道一般呈游荡型或弯曲型，显著特点是在低含沙量和高含沙量条件下都存在着强烈的河道侵蚀及游荡型河道形态，而淤积和游荡则多发生于中等含沙量条件下。一维数值模型揭示了某些河床形态可能与泥沙密度的垂向层状分布及其阻碍沉降效果有密切关系。泥沙含量不大的情况下水流是次饱和的，流速呈对数曲线分布，泥沙容重呈层状分布，次饱和水流造成河床冲刷和弯曲型河道；高含沙水流情况下，水流的紊动结构造成的含沙量纵剖面变化，形成超饱和水流；在更高含沙量（10—100kg／m^3）情况下，悬移质泥沙可造成垂向几乎为常数的宙沙量纵剖面及对数流速分布。这些可以由泥沙引起容重效应的IDV模型进行验证，而河道形态变化可由3D模型模拟。河流形态模拟揭示了在相对低含沙水流中形成游荡型河道，主要是由于河道淤积、壅水、分汊形成新流路造成。当存在高含沙水流时，河床受到冲刷，水位降低，大堤约束河道，从而减小了游荡强度。另外，落淤速度的降低造成河道淤积减弱，形成冲刷，结果高含沙水流却形成了弯曲型河道。     

滇中引水水源工程沉沙池设计研究

滇中引水水源工程提水泵站具有引水流量大、提水扬程高、装机规模大等特点,水流中悬移质泥沙对泵站机组的长期磨损问题突出。为此,从沉沙效果方面,对沉沙池建筑物型式及体型设计进行了深入研究。水源工程进水口处设置条渠式沉沙池以沉淀水流中的泥沙,减小对泵站机组的磨损;沉沙池进口设置5条导流墙,改善进水口流态,提高泥沙沉降效率。经河工模型试验验证,出池内满足规范要求;沉沙池清淤采用射吸式挖泥船抽吸沉沙池内淤积泥沙,并返还至金沙江。     

三峡库区蓄水初期连续弯道淤积特性探讨

三峡水库蓄水运行以后,库水位抬高,流速降低,库区河段内的水流特性发生改变,库区呈现累积性淤积态势。从库区泥沙淤积分布来看,淤积主要发生在弯道河段,特别是连续弯曲河段淤积强度较大。针对库区连续弯曲河道特点并结合实测断面地形资料,采用Fluent软件进行了三维水流数值模拟,结果表明,连续弯道主流"走直",环流将主流区所挟带的细颗粒泥沙从中剥离,并随环流运动,泥沙会被挟带至弯道凸岸下游一侧的缓流区落淤。     

葛洲坝工程混凝土过流面的冲磨观测

水工建筑物混凝土过流面在含推(悬)移质水流的反复作用下,将产生渐进和累积性的磨损破坏,同时还会产生气蚀破坏。水流中泥沙、卵石推移质与建筑物过流面的碰撞冲击和磨擦,是泄水建筑物过流表面产生磨损的主要原因。     

水沙条件对黄河下游游荡型河道的影响

分析了水沙条件对黄河下游游荡型河道的影响,认为水流能量减少是泥沙沉积、岸坡冲刷的根本原因.同时指出:利用三门峡、小浪底等水库可以大大提高下泄水流的能量,形成更好的河相关系;对河岸地质条件较差,尤其岸坡土体抗剪能力差的地段,应修建水工建筑物,人为提高这些河岸的抗冲刷能力;对某些弯曲型河道进行截弯取直,减小水流对河岸的冲刷.     

三岔水电站取水河段水沙运动特性研究

水库泥沙的冲淤总是根据来水来沙条件,对河槽进行调整,改变水流挟沙能力,使河槽适应来水来沙条件,达到不冲不淤的平衡状态。三岔水电站取水工程布置在一急弯河段下游的微弯段凹岸,通过物理模型试验对该取水河段的水沙运动特性进行研究,结果表明:来流量的变化对弯道水流流态及泥沙淤积输移路径的影响很大。河道下泄大流量时水流主流及泥沙输移路径远离取水口侧,随流量的减小水流主流及泥沙输移逐步向取水口门前偏移,表明特大洪水对取水口的危害反而比中小洪水要小。说明该类弯道凹岸取水工程要特别注意来沙较大的中小洪水。这一结果对类似的弯道取水工程布置有重要的参考价值。     

新型橡胶坝冲排沙系统试验研究

黄河流域泥沙众多,许多河流泥沙淤积现象严重,给人们的生活生产带来了不便。以模型试验为依托,研制了一套以橡胶坝为载体的新型冲排沙系统。此系统改变了原冲排沙观念,采用将"束水攻沙"原理和弯道河流中水流"冲击凹岸、淤积凸岸"原理相结合的方式,将河流中的泥沙冲击到岸边的沉沙池中。大量的试验结果表明:此系统模型可以有效减缓河道泥沙淤积程度和因泥沙淤积造成的洪灾情况;同时可将沉沙池中的泥沙作为建筑材料,实现冲排沙后泥沙的综合利用。     

弯曲河道对水流流态影响数值模拟

蜿蜒型河流是冲积平原常见的河型之一。针对具体河流的特定自然条件,需要对不同河道形态下的河道特性做出预测,以便选择和调整相应方案。采用集水动力模块、泥沙输运模块、污染物运移模块和水质预测模块为一体的环境流体动力学模型,利用计算机进行数值模拟,对京郊某弯曲河道3种河道形态在50年一遇洪水过程下进行数值模拟,在此基础上对3种工况下河道的水流特性进行分析,发现工况一弯道处凸岸流速先增加后减小,凹岸流速先减小后增大,凹岸水位明显高于凸岸水位;工况二两岸流速分布较为对称,叉道起到分洪滞洪作用;工况三两岸水流摆动现象不如工况一明显,衬砌工程量较小,并提出相应河道保护措施。     

分汊河段河中布置船闸水沙碍航特性研究

分汊河段的汇流口水沙条件复杂多变,为保证航道稳定及船舶航行安全,分汊河段水利枢纽平面布置时一般将通航建筑物布置于其中一个汊道的靠岸侧。受工程建设条件限制需将通航建筑物布置于分汊河段河中时,既存在流态碍航问题又存在泥沙淤积碍航问题。针对布置于分汊河段洲尾汇流段的已建桃源枢纽船闸存在的通航条件较差的问题,采用整体定床水流、定床输沙与遥控自航船模试验相结合的研究手段,开展了船闸下游口门区水沙碍航特性试验研究。结果表明:水流条件是导致流态碍航与泥沙淤积碍航的根本因素,左、右汊不同下泄水流在汇流段形成单边突扩或水流掺混交汇,致使下游口门区所处的汇流段水流流态差且推移质泥沙落淤碍航,分汊河段船闸河中布置应慎重考虑。     

饮马河流域河道积沙量的估算方法

根据弯道环流水沙分流原理，论证了河道凹岸坍塌后，泥沙横向交换淤积在凸岸，并用几何法估算出凸岸积沙量。同时运用输沙率法和断面法对河段内悬移质、推移质泥沙的冲淤量进行了估算。这些估算方法的提出，为有计划地开采河沙资源，合理收费，提供了可靠的依据。该估算方法自１９８０年８月先后在饮马河流域九台辖区２０余处沙场试用，都取得可喜成效，与以往估算方法相比，精度明显提高。     

高含沙水流与渭河河道冲淤关系的初步探讨

本文根据渭河20年的实测资料,就高含沙水流对于河道冲淤、水流结构和河道平面形态的影响等问题,进行了初步分析研究,得到如下几点认识: 1.渭河下游有大水高含沙量冲刷,小水高含沙量淤积的特点; 2.由于十多年来渭河水少沙多,下游出现河床“粗化”现象,增加了河床的抗冲性; 3.在天然河道中,高含沙水流不仅改变垂线流速分布,而且也改变垂线平均流速分布,在弯道最大流速偏离凹岸趋向凸岸,使凹岸淤积凸岸边滩冲刷; 4.渭河在含沙量高达500～600公斤/米~3的条件下,垂线流速分布服从对数分布规律。但它几乎近似于直线,而且没有发现有流核区.     

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。