黄河高含沙量洪水的输移特性及其河床形成

文中分析了黄河及其支流高含沙水流流变特性和实测资料,得出一些初步认识:(1)在泥沙的中径为0.04～0.06毫米,粒径小于0.01毫米的极细沙占10～20％的情况下,适于输送的含沙浓度为500～1000公斤/米~3;(2)窄深河槽比宽浅河槽适合输送高含沙水流;(3)高含沙量洪水在宽浅河道上通过后塑造出窄深的断面形态;(4)当河流泥沙的大部分以高含沙量洪水方式输送,而且造成塌滩的低含沙量洪水又很少发生时,将形成稳定的适于高含沙水流输送的窄深河道.文中还分析了造成高含沙量洪水异常现象的原因.     

黄河山东河道输沙特性分析

通过分析河型相同的山东黄河河道以及黄河支流渭河、北洛河高含沙洪水的输沙特性,同时考虑到含沙浓度增加将使粗颗粒的沉速大幅度降低与为了保持流动的稳定性控制高含沙水流不进入层流所需的水流条件,得出如下结论:山东河道在流量4000～5000米~3/秒,可顺利输送含沙量400～900公斤/米~3的高含沙水流入海,充分利用山东河道存在着的巨大输沙潜力,是解决黄河下游泥沙问题的方向。     

天然高含沙水流流变与流态的观测分析

我国一些北方河流,由于流经水土流失严重地区,河流含沙量很高。如黄河支流泾河,多年平均水量20亿立米,沙量3亿吨,汛期洪水含沙量几乎均大于300公斤/米~3。在这样的河流上修建工程,泥沙对各项兴利指标起重要的控制作用。为预测泥沙的作用和影响,也就有必要考虑高含沙水流特性。高含沙水流随着颗粒粗细不同,在含沙量超过一定值时,便存     

河口水体泥沙浓度的水面光谱统计模式分析

现场测量长江口Ⅱ类水体的反射高光谱，并同步获取水样、测量流速，在实验室中对所获水样的泥沙浓度进行测定。通过对试验数据的分析发现，水体反射光谱随泥沙浓度不同而发生变化，在黄绿光波段(560～720nm)和近红外波段(810nm)出现两个明显的反射峰。波长大于650nm光谱反射率和表层泥沙浓度的相关性较好，特别在690～900nm波段两者的相关系数大于075，对泥沙浓度变化较为敏感。基于最小二乘法，建立了单波段反射率与泥沙浓度关系以及波段反射率比值与泥沙浓度关系的回归方程。结果表明，670nm和715nm处单波段反射率的指数方程相关系数较高，而基于810/690波段反射率比值的二次多项式拟合方程对泥沙浓度的预测精度好于其它比值组合形式的模型。     

非黏性沙级配对浊度法测量含沙量的影响

利用浊度仪测量水流含沙量时,泥沙颗粒级配和矿物成分是影响浊度仪标定结果的主要泥沙因素。采用黄河原型非黏性沙配制不同粒径、不同含沙量浑水水体,开展固定粒径、粗细沙、混合沙等多组次试验研究,对黄河天然沙粒径及级配对浊度仪输出浊度的影响进行定量分析和机制探讨。结果表明:固定含沙量条件下,非黏性泥沙粒径对水体浊度的影响特征符合Mie散射定律;含沙量变化对浊度仪输出浊度的影响数量级为10～10²,泥沙颗粒粒径变化对浊度仪输出浊度的影响数量级为10^-1～1;相同含沙量条件下,悬沙比表面积与浊度仪输出浊度符合线性分布。建立了考虑非黏性沙级配影响的含沙量与浊度关系模型,能够较准确地反映非黏性沙粒径及泥沙浓度对水体浊度的影响,可为浊度与含沙量关系的准确率定及测量结果的校准提供可靠依据。     

基于光谱特征的长江口细颗粒泥沙絮凝体投影表面积和沉速模拟

2009年5月23日~6月2日在长江口南槽九段沙水域，利用便携式地物光谱仪和现场激光粒度仪分别测量水体光谱反射率和细颗粒泥沙絮凝体现场特性，同步采集水样测量悬沙浓度(SSC)。研究显示：① 水体光谱反射率随絮凝体投影表面积(PSA)的增加而增大，光谱曲线在350~950 nm波段间存在两个明显反射峰，分别以690~720和810 nm波长为中心；② 絮凝过程改变细颗粒泥沙的水体反射光谱特征，导致SSC与光谱反射率的相关性低于PSA与光谱反射率的相关性。PSA与波长＞715 nm波段光谱反射率的相关性r＞0.7，p<0.01；③ 可选择常用卫星遥感可见光、近红外通道范围，且PSA与光谱反射率相关性较高的波段，建立PSA与单波段光谱反射率和多波段光谱反射率组合比值的拟合关系式，其中单波段860 nm(r=0.9227，p<0.001)和860/670多波段组合(r=0.9373，p<0.001)的指数方程预测效果均最优；④ 基于PSA与光谱反射率、絮凝体现场沉速(WS)间均存在良好相关性的分析，构建了光谱反射率与WS间的幂函数拟合关系式(r=0.8337，p＜0.001)，这为监测长江口大尺度区域絮凝体PSA和WS的空间分布和动态变化提供了一种新的尝试方法。     

黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理(黄河下游河道存在巨大的输沙潜力)

利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料,结合高含沙水流流变特性分析得出:河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同,均可用曼宁公式进行阻力计算;由于黄河泥沙组成较细,d50=0.03~0.10mm,随着含沙量的增加颗粒的沉速大幅度降低,泥沙在垂线上分布变得更加均匀,当含沙量大于200kg/m3以后发生改变;从泥沙存在对水流结构,流速在垂线上的分布特性上分析,含沙量200kg/m3左右时输送最困难,并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大,粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送,洪水期实测含沙量可达800~900kg/m3,表现出高含沙水流的高效输沙特性;黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg/m3,在流量2 000~3 000m3/s时,高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍是改造宽浅游荡河段为窄深稳定的河槽。     

长江口深水航道海域悬浮泥沙光谱特性研究

 长江口深水航道治理和维护的核心问题为泥沙问题。对长江口深水航道 7 个浮标所在海域进行了不同浓度含沙水体的反射光谱测量,并且结合“长江口深水航道水文、泥沙、波浪自动遥测系统”遥测数据和野外现场取样数据,对其光谱特性进行了分析,发现这些海域悬浮泥沙的敏感波段在 730 ～ 930 nm 之间,并且 731 nm 附近的一阶微分与悬浮泥沙浓度相关性较好。在对其光谱特性进行分析的基础上,分别建立了悬浮泥沙光谱反射率、光谱反射率均值和反射率一阶微分的指数反演模型和二次反演模型,结果显示 900 nm 波长的指数模型可以较准确地定量反演出悬浮泥沙浓度。     

潼关高含沙洪水特性分析

潼关1961—2011年最大含沙量大于200 kg/m3的高含沙洪水共95场,其中58场洪峰流量为2 000~6 000m3/s,76场水量为1亿~16亿m3,68场沙量为1亿~2亿t。2000年以来潼关高含沙洪水场次减少,洪峰流量减小,水量和沙量明显减小。潼关高含沙洪水71.6%场次以龙门来水为主,9.5%场次以渭河来水为主,18.9%场次两者共同来水;龙门来沙为主的场次占40.0%,华县来沙为主的占37.9%,两者共同来沙的占22.1%。潼关高含沙洪水悬移质中数粒径一般为0.01~0.04 mm,中数粒径随含沙量增大而增大,中沙、粗沙和细沙含沙量随总含沙量的增大而增大。     

基于光谱特征的长江口细颗粒泥沙絮凝体投影表面积和沉速分析

2009年5月23日-6月2日在长江口南槽九段沙水域,利用便携式地物光谱仪和现场激光粒度仪分别测量了水体光谱反射率和细颗粒泥沙絮凝体现场特性以研究两者之间的关系,测量时同步采集了水样测量悬沙浓度（ssc）。研究显示：①水体光谱反射率随絮凝体投影表面积（PSA）的增加而增大,光谱曲线在350-950nm波段间存在两个明显反射峰,分别以690～720nm和810nm波长为中心;②絮凝过程改变细颗粒泥沙的水体反射光谱特征,导致SSC与光谱反射率的相关性低于PSA与光谱反射率的相关性。PSA与波长〉715nm波段光谱反射率的相关性r〉0．7,p〈0．01;⑧可选择常用卫星遥感可见光、近红外通道范围,且PSA与光谱反射率相关性较高的波段,建立PSA与单波段光谱反射率和多波段光谱反射率组合比值的拟合关系式,其中单波段860nm（r=-0．9227,p〈0．001）和860／670多波段组合（r=0．9373,p〈0．001）的指数方程预测效果均最优;④构建了光谱反射率与絮凝体沉速间的幂函数拟合关系式（r=0．8337,p〈0．001）,为监测长江口大尺度区域絮凝体PSA和阢的空间分布和动态变化提供了一种新的方法。     

总溶解气体过饱和含沙水体对齐口裂腹鱼影响的实验研究

高坝泄洪形成总溶解气体(Total Dissolved Gas,TDG)过饱和的含沙水流,由于泥沙的作用,加剧了对高坝下游鱼类的影响。为探讨TDG过饱和含沙水体对鱼类影响的规律,以齐口裂腹鱼幼鱼为实验对象,选取中值粒径为7.4μm的泥沙,对TDG饱和度为100%、120%、125%、130%、135%、140%的水体,分别设置0、20、60、80 mg/L的含沙量实验工况,开展含沙水体TDG过饱和的持续暴露实验。实验结果表明,含沙量不同但TDG饱和度保持为100%不变的实验组中,未出现实验鱼死亡现象。TDG饱和度为130%时,含沙量为0、20、60、80 mg/L的实验组中,实验鱼的半致死时间分别为15.3 h、10.75 h、8.3 h、7.85 h。在TDG饱和度相同时,含沙量越高半致死时间越短,但高含沙量实验组(60 mg/L,80m g/L)的半致死时间相差不大;含沙量相同时,TDG饱和度越高,半致死时间越短。     

黄河下游高含沙洪水不同粒径泥沙的输移特性

本文根据黄河下游高含沙洪水的实测资料，论述了高含沙洪水中各级粒径泥沙的输移及冲淤调整特性，指出在高含沙洪水通过下游河道，特别是高村以上游荡性河段时，在产生严重淤积的同时，悬沙沿程细化，至艾山以下河段的含沙量虽有时仍高，但已不是三门峡下泄的“原汁”泥沙组成。     

水体悬浮泥沙含量遥感的模拟研究

本文利用地面模拟研究对水体悬浮泥沙含量遥感中的一些关健问题进行了深入的探讨.在0.38～1.10微米波段内测定了含有悬浮泥沙水体的反射光谱特性,确定了反射光谱特性与泥沙含量之间的关系.利用曲线拟合法,求得了光谱反射比、波段的平均反射比与水体悬浮泥沙含量之间的最佳拟合函数(即最佳回归方程).结果表明,波段不同则最佳回归方程的函数形式亦不同.回归分析的结果指出,水体悬浮泥沙含量的最佳遥感波段是ERTS和LANDSAT-D的5波段,最佳遥感波长是0.60微米.此外,还研究了拟合优度不同的回归方程对最佳遥感波段选择和泥沙含量遥感探测准确度的影响.计算证明,拟合优度非最佳的回归方程不但会导致最佳波段的错误选择,而且亦将造成水体泥沙含量的遥感探测准确度的严重下降.本文的模拟研究不仅为水体悬浮泥沙含量的航空和卫星遥感提供了有价值的理论依据,而且在模拟实验的基础上提出了一种利用光谱辐射计对地表水体悬浮泥沙含量进行地面遥测的新设想.     

输沙管道高含沙水流阻力特性探讨

根据对实测资料的分析,得出了输沙管道高含沙水流沿程和局部阻力系数的变化规律及确定方法,提出了管道综合泥沙因子和综合阻力系数的相关关系,同时指出细颗粒组成对高含沙水流的阻力特性有很大影响。分析表明:随着含沙量的增大,悬沙级配的粒径分布范围变宽,细颗粒在悬沙中所占比重减小,当细颗粒增加到一定程度时,单位体积水流可以挟带大量的粗颗粒泥沙;在输送高含沙水流时,应确定其最优细颗粒含量,以降低水流阻力,提高输沙效率。     

高含沙水流挟沙力的初步研究

黄河及其一些支流,多发源或流经水土流失严重的黄土高原,其年平均含沙量常达每立方米数百公斤,而一场洪水的含沙量可高达每立方米1,000公斤以上。因此,在这些河流上修建水利工程,泥沙问题常常是制约工程规模、效益等各项指标的一个关键问题。关于高含沙水流的特性和挟沙问题,张瑞瑾、钱宁同志以及原水电部第十一工程局、     

管道高含沙水流的阻力特性

试验范围包括层流区,由层流向紊流转变的过渡区和紊流区。试验用钢管长42米,内径148.2毫米,水平安装。钢管糙度有二种,用清水标定的糙度系数分别为n_1=0.0088,n_2=0.0103。用水柱差压计量测观测段的压差,管道最高流速为2.78米/秒。两种糙度的管道所采用的泥沙其中值粒径d_(50)分别为0.031,0.042毫米。含沙量的变化范围为0～630公斤/米~3,含沙量在断面内分布均匀。试验采用二种方法进行,一种是固     

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.     

“揭河底”冲刷期龙门—潼关河段的水沙响应

在分析黄河龙门站、潼关站历年高含沙洪水的基础上,建立了"揭河底"冲刷期潼关站汛期水沙量、洪峰期3 d水沙量、洪峰、沙峰以及洪峰时段泥沙粒径等与龙门站的响应关系。结果表明:龙门—潼关汛期水量响应关系较好,汛期沙量出现明显衰减,高含沙洪水的沙量减幅大于一般含沙量洪水的;潼关站洪峰期3 d水、沙量均小于龙门站的,"揭河底"洪水的3 d水沙量大于没有发生"揭河底"洪水的;对于一场高含沙洪水过程,流量和含沙量沿程均会衰减,发生长距离"揭河底"冲刷洪水的减幅要小于没有发生"揭河底"冲刷洪水的;近年来发生的局部"揭河底"冲刷洪水含沙量的沿程减幅明显增大,潼关站洪峰期泥沙的中值粒径多小于龙门站的,而发生长距离"揭河底"冲刷的洪水泥沙粒径细化程度较低,这对三门峡库区和黄河下游河道的冲淤非常不利。     

黄河利用洪水排沙不必刻意拦粗排细

简要总结我国在黄河泥沙输移方面的研究成果,根据笔者多年的研究,得出如下结论:可以利用高含沙洪水输沙入海,适宜输送的不是低含沙量的水流,而是含沙量大于200 kg/m3的高含沙水流。黄河下游洪水期窄深河道多来多排的输沙特性是造成河道多来多排的机理,在低含沙水流时水流的流速达到1.8~2 m/s,床面进入高输沙动平整状态。不仅全沙如此,造床质泥沙(d>0.025 mm的粗泥沙)也存在着同样的输沙规律。小浪底水库的泥沙多年调节,充分利用下游河道的洪水输沙潜力输沙入海,是解决黄河下游泥沙问题和节省输沙用水的有效技术途径。平水年、枯水年小浪底水库不排沙,全部水量用于兴利和环境用水,利用洪水排沙不必刻意拦粗排细。     

悬浮泥沙反射光谱特性和泥沙量估算试验研究

通过实验室含沙水体的配比试验，对不同浓度含沙水体进行了光学特性测量，建立了不同悬沙含量遥感反演模型，结果表明：1）确立的水体光谱反射率和悬沙浓度之间的数值关系，为用卫星遥感技术探测表层悬沙浓度做了基础性的研究，取得了令人满意的效果；2）悬沙水样的敏感波段位于700nm～720nm，730～750nm和800～850nm；3）利用主成分分析方法结合多元线性回归可较为精确地估算悬沙含量，其模型反演能力明显优于敏感波段线性模型。对于浓度范围为0．1905g／L～3．6991g/L的悬沙水体，主成分回归模型反演精度更高，反演值和实测值的平均相对误差仅为5％左右；4）用实验室含沙水体配比方法进行的悬沙浓度与光谱关系的研究，其数据采集的同步性好，精度可靠。