三峡水库蓄水后下荆江急弯河道凸冲凹淤成因

三峡水库蓄水后沙量骤减使得荆江河段河床剧烈冲刷调整,下荆江急弯段“凸冲凹淤”,部分弯道凹岸侧淤积形成水下潜洲。这种不同于弯曲河道一般性演变规律的异常现象势必给下荆江的行洪、航运及江湖关系变化等带来新的影响,其内在成因急需揭示。基于原型观测资料分析,通过研究滩槽冲淤量及分布、滩体及河道形态特征等,全面揭示了近期下荆江急弯段“凸冲凹淤”的演变特征及河道形态响应。结果表明,流量年内过程重分配、来沙量及组成突变是下荆江急弯段“凸冲凹淤”的决定性因素。     

三峡工程运用初期石首河弯河势演变三维数值模拟

采用考虑河岸坍塌的三维水沙数值模型,对三峡工程运用初期石首河弯的河势演变进行了模拟分析.数值模型中采用基于非正交网格的局部网格可动技术,将传统水沙模型与二元结构河岸坍塌力学模型相结合.利用三峡水库蓄水前后2002~2004年石首河段冲淤演变资料对模型进行了验证,模拟结果与实测结果吻合较好;模型不仅能模拟出河道的垂向冲淤过程,而且还可模拟出由河岸坍塌所引起的河道横向摆动过程.计算分析了三峡工程运行至2016年末河段的河势演变情况,结果可为河段的河道整治提供参考.     

水沙调节后荆江典型河道横向调整过程的响应——Ⅱ.上、下荆江调整差异初探

三峡水库2003年6月蓄水运用后,下游河道水沙过程已发生大幅变化,对于岸滩抗冲性较弱的荆江河道来说,河道的横向调整过程势必受到影响。采用考虑岸滩崩塌的河势研究数值模型,针对三峡水利枢纽工程运行所引发的水沙变异过程,初步探讨了荆江典型河道横向调整及河势变化对水沙条件变化的响应。对于下荆江石首河段来说,来沙减少后,冲刷加剧,局部河岸坍塌及平面变形加剧,主要发生在受弯道水流顶冲的位置,但河势演变趋势及平面变形总体上基本一致,并未发生较大变化。对于上荆江沙市—新厂河段来说,来沙量减小后,河道平面变形幅度总体上减小,局部最大减幅可达50%左右。     

凹岸崩塌体对急弯河道水力特性的影响

二元结构河岸下部非黏性土层持续冲刷侵蚀, 上部黏性土体崩塌并堆积于凹岸坡脚, 改变弯道水流结构并影响河岸二次侵蚀过程。为探究崩塌体对急弯河道水力特性的影响, 以荆江石首河段为背景, 建立弯道三维水流数学模型, 模拟不同崩塌体尺寸下的弯道水流结构, 并对比分析壁面剪切力的变化规律。结果表明: ①崩塌体堆积于凹岸坡脚驱离水流动力轴线, 减小凹岸次环流强度并改变环流方向。②崩塌体对弯道不同区域壁面剪切力的影响不同, 其中, 床面及凸岸坡面的平均壁面剪切力增大; 凹岸坡面平均壁面剪切力在崩塌体头部及上游区域减小, 在崩塌体尾部区域增大。③崩塌体越大, 剪切力变化幅度越大, 剪切力相对变化幅度为崩塌体截面积变化幅度的2%~10%。研究成果可为河道整治及岸线规划利用提供技术支撑。     

长江中游曲流河段河道的近代演化过程研究

曲流河是冲积平原河流中的重要河型之一,曲流河的河道演变对冲积平原的建设与演化起着非常重要的作用。地处江汉平原的长江中游藕池口至城陵矶段河道是最典型的曲流河段,其曲流河道的几何形态和变化过程较为复杂,对该段河道演化过程的研究在河流的开发利用及水利工程建设中具有很好的理论指导意义。本研究通过对历史资料和多期卫星遥感影像的解译与分析,表明长江中游藕池口至城陵矶河段的曲流河道演化在受自然和人类活动双重影响的情况下,该河段河道的演化仍然维持曲流河特征。受大洪水的切滩作用及松滋口、太平口和藕池口3个分流口对洞庭湖的分水分沙的影响,该段河道的演化过程较为复杂。自然裁弯取直和人工裁弯取直在一定程度上改变着河道演化的进程,但由裁弯取直及上游水利工程引起的纵坡降增加产生的冲淤变化将会维持河道的稳定,同时在该河段实施的护岸工程也会抑制河流的横向侵蚀,曲流河段河道演化进入自调整和自组织过程。     

长江荆江河段滩槽演变与航道水深资源提升关系

长江是中国的"黄金水道", 通过系统性航道整治和疏浚维护, 长江荆江河段航道水深已由2002年的2.9 m提升至2020年的3.5~3.8 m, 但仍低于上游三峡大坝库区(4.5 m)及下游河段(4.5~6.0 m), 航道水深与上下游不衔接且制约长江航道综合效益发挥。为了适应上下游航道水深, 需提升荆江河段航道尺度, 亟需明确航道水深资源、碍航特征与河道演变等关系。以长江荆江河段为对象, 分析1960—2020年水沙及地形等资料, 开展长江中游荆江河段滩槽演变与航道水深资源提升关系研究。研究表明: 三峡工程运行后荆江河段以枯水河槽冲刷为主, 冲刷量占全部冲刷量的90.97%, 江心洲和边滩面积减少18.3%, 其中江心洲、边滩面积减幅分别为9.4%和24.9%;在河床冲刷与航道整治工程实施条件下, 以4.5 m×200 m(水深×宽度)进行航道尺度核查, 荆江河段碍航总长度占全河段5.3%;4.5 m水深碍航特征包括砂卵石河段枯水位下降幅度高于河槽下切深度引起航道水深不足, 沙质河床内弯曲河段"凸岸侧边滩冲刷、凹岸侧深槽淤积"引起滩槽形态及航道边界不稳定, 以及分汊河段内洲滩萎缩与汊道间不均衡冲刷引起枯水航路不稳定及水深不足。     

宝塔区川口河综合治理项目区主要工程地质问题评价分析

川口河河道生态治理工程区位于延安市宝塔区川口河上游河段,通过对该工程区内的堤岸边坡和岸坡稳定性、工程地质问题及河道冲刷等问题进行评价分析,结果可知:工程区地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两种类型,工程区地层岩性主要由黄土、砂砾石、粉质粘土、砂岩夹泥页岩等个工程地质单元组成,整个治理河段凹岸侧岸坡较陡,凸岸侧(多为滑坡前缘)岸坡平缓,两岸岸坡极不对称,河曲发育行洪不畅,在河道综合治理中应因势利导适度裁弯取直,尽量使河道顺直行洪顺畅。研究结果以期为该工程的顺利实施提供地质依据。     

河型转化机理及其数值模拟——Ⅰ.模型建立

为研究河型转化过程机理,建立了考虑弯道二次流影响与边岸崩塌过程的平面二维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型和边岸崩塌模型。通过在水流动量守恒方程中增加弥散应力项以考虑弯道二次流的影响,并采用室内水槽实验结果对水流模型进行了验证;利用上荆江沙市至石首天然长河段的水沙过程和河道演变资料,对泥沙模型进行了验证;结果表明本模型数值计算量合适,有较好的适应范围。模型中提出了边岸崩塌过程的模拟技术,相对于传统平面二维水沙模型而言,可以更好地模拟天然河道的横向摆动以及洲滩消长过程。     

基岩弯曲河段洪水水流结构的试验研究

低坡度基岩弯曲河流在地质构造控制区域广泛存在（床面坡度小于5‰）,洪水对基岩弯曲河流的河床淤积与侵蚀具有较大影响,但以往研究对基岩弯曲河流的洪水动力结构认识不足。通过几何概化基岩弯曲河段,考虑Froude相似与边壁粗糙,建立基岩弯曲河道概化模型,分析洪水下的弯道水面线分布、时均流场与湍流结构特性。结果表明:在洪水流量下,弯顶上游出现最小水面横比降、凸岸水流分离、凹岸双环流发育、流速下潜且二次环流强度达到最大,在弯顶下游水面横比降达到最大并出现环流分裂;床面切应力分布于凸岸水流分离以及弯顶上游中心区域,横向动量输移集中于弯顶上游。试验结果为基岩弯曲河道中的床面侵蚀与沿程淤积提供了水动力方面的解释。     

鄂尔多斯盆地麻黄山西区块北部中侏罗统延安组延一段沉积特征

本文通过岩心观察、录测井及岩心粒度资料,埘鄂尔多斯盆地麻黄山西区块北部中侏罗统延安组延一段的岩石组分、结构构造、粒度分布等特征进行分析,确定其沉积相类型。结果表明：延安组延一段属河流沉积体系,发育辫状河和曲流河两种沉积类型,主要包括河床和河漫两个亚相,可进一步识别出河床滞留、心滩、边滩、河漫滩、河漫沼泽、决口扇等微相。延一段延10油层组沉积时期,研究区以辫状河沉积为主,心滩发育,河道较宽,平面上摆动宽度为2～8km,主水流方向由西北至东南;延一段延9油层组沉积时期,受鄂尔多斯盆地湖水面整体抬升的影响,河道分布范围逐渐缩小,研究区以曲流河沉积为主,发育两条曲流河,平面上摆动宽度约2～4km,河道凸岸发育边滩沉积。     

基于无人机航测黄河源弯曲河道泥沙亏损量计算

弯曲河流的河道冲淤变化在长时间尺度处于动态的平衡状况,其泥沙输移部分来自于凹岸冲刷与凸岸淤积的差值。2018年采用无人机航测获取黄河源典型弯曲河流(麦曲、哈曲、格曲和兰木错曲)连续弯道的低空影像数据,通过图像技术处理后生成高精度地形,进而提取单个弯道和连续弯道的断面地形,计算弯道凸、凹两侧断面面积和相邻断面间的差值。结果表明,凹岸侵蚀崩岸产生的泥沙量与凸岸点边滩淤积的泥沙量是不平衡的,即存在一个泥沙亏损量。对于单个弯道,兰木错曲单位河长的泥沙亏损量约为0.191 m^3,麦曲、哈曲和格曲单位河长的泥沙亏损量约为0.045 m^3,且相同河段的沿程亏损量具有不均匀性,其间接反映不同弯道横向的迁移速率具有差异性。     

湖北松滋关洲遗址沉积环境演化及长江河道变迁

关洲古文化遗址位于长江松滋段江心洲地表之下,是江汉平原地区迄今最早的新石器时期文化遗址,也是同时期规模最大的遗址,是长江中游史前文明化进程的重要佐证.江心洲何以引来古人类栖居,尚未得到很好的解释.为了探讨该古文化遗址与长江关洲段河道变迁历史及其沉积环境演化过程之间的关系,对关洲遗址典型剖面的沉积物样品进行了14C测年和粒度分析.结果表明:剖面沉积年代为约12 783 cal.a B.P.至近现代;剖面下部（11.65~6.70 m）沉积物粒度偏细,粒度曲线反映出水动力较弱、低能的河流漫滩沉积环境;中部（6.70~2.10 m）沉积物粒度粗细互层交替出现,粒度曲线反映水动力较强的边滩-漫滩交替沉积环境,属于河床堆积;上部（2.10~0 m）沉积物粒度偏细,粒度曲线反映水动力较弱、低能的河流漫滩沉积环境.基于以上分析,关洲遗址沉积演化及长江关洲段河道变迁可分为3个阶段:第一阶段（11.65~6.70 m）,约12 783 cal.a B.P.至明清,关洲与陆地相连,且城背溪文化期至明清之间古人类倚河而居,该阶段关洲位于长江主河道南侧的高河漫滩环境;第二阶段（6.70~2.10 m）,明清后期,为动荡的河道沉积环境,关洲处于河流凹岸,侵蚀作用加剧,长江主河道逐渐往南迁移,河道河床沉积出现,关洲逐渐演化成心滩;第三阶段（2.10~0 m）,近现代期间,关洲正式演变成江心洲,长江主河道迁移至关洲岛南侧.      

高弯曲与低弯曲河流比较沉积学研究--以长江上、下荆江段为例

以长江上、下荆江河段为例,运用比较沉积学的方法阐述了高弯曲流河与低弯曲流河的沉积单元及沉积特征。由于河流特性、流量及河流边界条件的不同,①虽然上、下荆江都发育了大量的点坝沉积,但在形态、分布位置、成熟度、粒度分布、沉积构造、剖面结构、微地貌特征等七个方面存在明显差别;②虽然上、下荆江都发育有江心洲 (心滩 ),但是其成因、规模、演化规律及沉积结构均不同;③决口扇沉积仅仅发育在上荆江河段,且两岸发育程度几乎均等,下荆江不发育决口扇沉积;④牛轭湖沉积仅发育在下荆江,而且主要分布于下荆江北岸。     

明渠弯道水流平均运动规律试验研究

利用高频粒子图像测速PIV(Particle Image Velocimetry)系统对明渠弯道水流进行了测量,在两种不同试验方式的配合下,不仅提供了大量高精度的平面二维流场数据,还成功重构了弯道水流的三维平均流速场,为深入研究弯道水流复杂的时均流动结构提供了试验依据。试验结果表明,由于弯道曲率不连续,水流主流区在弯道入口位于凸岸附近,随后在离心力的作用下逐渐转移至凹岸,并一直维持至弯道出口;凹岸顶托及环流运动导致不同横向位置处的纵向流速剖面近床面区域速度梯度及最大流速的位置沿程发生改变;弯道曲率越大,最大水深平均纵向流速转移至靠近凹岸一侧的位置离弯道入口越远;受上游直段二次流的影响,环流运动在弯道入口断面呈三涡结构,随后快速衰减为双涡结构;弯道主环流的强度沿程先增加后减小,涡核位置沿程往复摆动。