2013—2014年凌汛期黄河头道拐断面冰塞演变及河床冲淤特性

采用ADCP技术,对黄河头道拐河段封冻期的冰下流速和地形变化进行监测试验,获取了断面冰下冰花、流速分布和地形变化的有效数据,并对河床断面变化和冰塞对冲淤的影响进行分析。原型观测表明,头道拐断面河床冲淤变化受冰塞的影响很大,冰花聚集位置受冰下流场影响;冰花聚集与河床冲淤呈相关关系,与流速分布和发展趋势一致;冰花聚集处压缩了过流面积,断面流速减小,河床发生淤积,主河道冰花聚集相对较少或没有冰花,河道底部流速较大,河床发生冲刷。     

适用于明渠流及冰盖流的统一泥沙颗粒起动流速公式

为得到冰盖流条件下的非黏性泥沙起动公式,揭示冰期河道断面强烈冲淤变化的机理,基于Einstein假定,推导得到了同时适用于明渠流及冰盖流的统一的非黏性泥沙颗粒起动流速公式,所得公式与已有冰下泥沙起动流速试验数据符合良好。当冰盖糙率为0时,冰盖流泥沙颗粒起动流速公式即化为明渠流泥沙颗粒起动流速公式。应用所得公式,比较了明渠流、冰盖流、冰塞条件下的起动流速及可起动最大泥沙粒径关系,冰塞条件下起动流速最小,可起动最大泥沙粒径最大。2014年冰期黄河头道拐断面发生强烈冲淤变化,是冰花集聚形成冰塞引起可起动最大泥沙粒径增大所致。所得公式及所揭示机理,将为进一步深入研究河道冰期泥沙输移规律提供重要思路和参考。     

河流冰塞 冰坝特征计算

1 冰塞现象特征计算冰花和破碎冰块在河床的聚集会形成冰塞。冰塞会使河床过水断面减小,使其上游水位抬高,冰塞下游水位降低。冰塞的形成过程可分三个阶段: (1)冰花和冰潜到冰缘下; (2)冰花和冰在冰盖下移动和堆积;     

黄河内蒙古段各级洪水的河床冲淤变化

分析了黄河内蒙古段头道拐站典型水文断面在各级洪水下的冲淤变化。通过对各级洪水过程在头道拐站典型水文断面河床冲淤变化的分析,寻求断面冲淤变化规律,进一步为水文测验、防洪、防凌及河道整治提供参考依据。     

2019—2020年度黄河头道拐断面冰厚增长影响因素分析

为了解黄河干流同一断面冰厚增长差异及其产生原因,依据2019—2020年度冬季对头道拐断面封冻期原型观测数据,分析冰厚增长方式以及负积温、流速、冰花等对冰厚增长的影响.结果表明:头道拐断面冰层上层由冰花冻结形成;距左岸400～500 m为非主流区且区间内测点的冰生长方式为热力学生长,主要形成柱状冰;距左岸500～740...     

二维泥沙数学模型在赣江大堤南昌段改线中的应用

采用平面二维水流泥沙数学模型计算了赣江大堤南昌段堤线改线对河段水流运动及河床冲淤的影响。在运用实测资料对该数学模型进行河段水面线，断面流速分布，汊道分流比和河床冲淤分布验证的基础上，计算了堤线改线工程前，后河段洪水水位壅高，断面流速分布变化，取土料场回淤等。     

封河期头道拐水位与万家寨水库水位关系研究

头道拐水文站至万家寨库尾回水末端(拐上)河段长42 km,其间以黑圪劳湾为界,上段属平原型河道,比降较小,历史上年年封河;下段比降增大,历史上较少封河,万家寨蓄水后几乎年年封河。凌汛期间,头道拐河段水位变化是否受万家寨水库水位影响,颇受关注。分析2015年封河期头道拐至万家寨水库河段水位变化过程,得出:库区冰塞头部形成位置取决于河道条件、水库水位和河道流量;库尾冰塞一旦形成,库水位变化不对库尾冰塞产生影响;什四份弯道卡冰封河后头道拐至万家寨河段凌情趋于稳定;头道拐河段水位,流凌、稳定封冻阶段由流量决定,封河发展阶段受冰塞壅水影响,与万家寨库水位变化无关。     

黄河宁蒙河段二次冲淤成因及近期变化

基于宁蒙河段的水沙和河道断面资料,分析了该河段主要水文站年内的冲淤过程、规律和近期变化情况。结果表明:1宁蒙河段河道在年内经历两次冲淤平衡,一次是冬季的冲淤平衡,一次是春、夏、秋季的冲淤平衡,后者水量较为丰沛且对河道冲淤起主要作用;2宁蒙河段淤积主要发生在内蒙古河段,石嘴山和头道拐水文站的断面冲淤变化不大,其余水文站断面均发生了明显淤积;3近期河道淤积的主要原因是径流量较少和大流量洪峰日数显著减少。     

河道实测冲淤量不同计算方法结果比较分析

在生产实践中,采用不同计算方法得出的冲淤量结果往往差别很大,部分河段、部分时段甚至存在冲淤性质相反情况。采用大量的实测水沙、地形资料,运用断面地形法、网格地形法和输沙量平衡法3种方法计算了三峡水库蓄水后三峡坝下游宜昌至监利河段的实测河床冲淤量,对不同计算方法的计算结果和影响计算精度的因素进行了分析,运用非线性分形理论对河床起伏程度与断面代表性关系进行了研究。研究结果表明输沙量平衡法需对悬沙测验成果进行改正,并考虑泥沙测验定线误差、水量不平衡、河道采砂和分流洪道冲淤;断面地形法需在弯道、汊道、河道急剧放宽和束窄的局部河段布置相对较密的断面;网格地形法需选择适宜的插值方法,且网格尺寸不宜大于施测断面点间距。     

黄河宁夏石嘴山河段冲淤演变及冰情分析

为研究近年来黄河宁夏石嘴山河段水沙冲淤变化及凌汛问题,对比分析了其河床冲淤演变趋势及冰情变化特征。结果表明,该河段冲淤变化不甚明显,主流一直靠近左岸运行,主河槽相对稳定,宽度变化不大,深泓点始终在起点距120 m附近;河床断面大洪水时期变化呈涨冲落淤,冲淤变化主要在主槽内进行,左岸滩地的冲淤变化较小,河道摆动迁移变化较小,水位相对稳定;近年来凌汛期最高水位超过伏汛期最高水位的情况有明显增加,河道汛期来水来沙有新的变化,今后不排除特殊情况下发生冰塞、冰坝的可能性,造成该河段凌汛期防凌任务日趋严重。     

黄河什四份子弯道冰期水流及冰塞特征研究

覆冰条件下,弯道水流固有的三维特性更为复杂,对河流弯道冰下水流特征及冰塞的研究有助于推进防凌减灾工作。依据2020年1月稳封期的原型观测数据,对黄河什四份子弯道冰下水流及冰塞特征进行了详细分析。结果表明,弯顶节点工程引起的回流是阻冰的重要条件,上游下潜的冰花因水动力不足及河势等因素影响发生堆积,冰塞在弯内形成并沿凹岸主槽逐渐向上游发展,同时,弯顶卡冰封河与下游较大的水流流速,促进了清沟的形成;入弯至弯顶区间,冰下水流流速垂线分布基本服从双对数分布规律;受凹岸冰塞及回流影响,纵向上,水流流速呈减小趋势,在弯顶附近开始恢复;径向上,河道主流被冰塞压迫并逐渐趋于凸岸,致使弯道主流易位,凸岸水流流速大于凹岸,清沟向凸岸偏移;弯道水流湍动能与雷诺应力主要在近底处存在较大的变幅,表明近底水流运动活跃,且二者大小与流速大小在径向与纵向分布上具有较好的一致性,受冰盖影响,水流湍动能沿水深近似呈"S"形分布,雷诺应力分布无明显规律。     

旁侧入流对绕体流动与河床冲淤变形的影响

采用复合模型技术,以南水北调中线穿七里河倒虹吸工程为例,研究了旁侧入流对绕体流动特性与河床冲淤变形的影响。研究成果表明：工程实施后,如无旁侧入流,裹头上游水位将有所壅高,流速略有降低,工程断面流速有所增加;增加旁侧入流后,受旁侧入流顶托作用,裹头上游的水位壅高值将显著增加,工程附近局部区域内流速也将发生较大的变化。同时考虑旁侧入流与来流非恒定效应的冲刷试验成果表明：裹头附近的河床冲刷深度在涨水期持续增加,并在洪峰时刻附近达到最大值,但在退水期则略有回淤,相对回淤高度与洪水峰型系数有关,峰型系数越大,相对回淤高度也越大。     

黄河内蒙古河段来沙组成对河道淤积影响研究

泥沙输移不仅受水流和边界条件的影响,泥沙粒径的粗细会直接影响泥沙的输移过程,引发河床的冲淤调整.黄河内蒙古河段的淤积不仅受水沙量的影响,支流和干流来沙组成的影响也不可忽视.本文以水文站的实测资料为基础,结合孔兑取样结果,以三盛公-头道拐冲积性河段为对象,分析了1960-2005年悬沙组成的变化特点、分组泥沙的冲淤特性及支流不同来沙情况下干流、孔兑来沙组成对河道淤积的影响.研究表明,孔兑来沙量少时,沿程悬沙组成略有细化相应的河床冲淤调整取决于干流来水来沙条件;孔兑来沙量大时,对于冲刷时段沿程悬沙组成略有粗化,对于淤积时段悬沙组成沿程明显细化,但头道拐的悬沙组成并没有因为支流来沙量大而发生明显的变化,表明孔兑粗泥沙基本都淤积在河道中,对干流淤积产生较大影响.研究提出的内蒙古河段淤积泥沙来源的相关成果,可为区域防洪减淤措施的研究提供参考依据.     

黄河头道拐站水沙来源空间分布及其影响因素

根据1950-2010年实测资料,采用不同时间序列对比和回归分析方法,对黄河上游沙漠宽谷河段干流6大水文站水沙关系变化、出口控制站头道拐水文站水沙来源的空间分布及其影响因素进行了分析,结果表明:1头道拐水文站径流主要来自兰州以上地区,泥沙主要来自兰州-头道拐区间支流。与基准期的1950-1968年相比,头道拐站1969-1986年和1987-2010年平均径流量分别减少10.1%和40.6%,年平均输沙量分别减少37.2%和75.4%。2宁蒙河段径流量减少主要发生在石嘴山-巴彦高勒河段,多年平均径流量减少52.2亿m3;输沙量减少主要发生在青铜峡-巴彦高勒河段,多年平均输沙量减少0.244亿t。宁蒙河段单位水量冲淤量随着头道拐水文站年平均来沙系数的增大有增大趋势,河道冲淤基本平衡的来沙系数约为0.0023kg·s/m6。影响头道拐水文站水沙来源空间分布的主要因素有气候波动、龙羊峡和刘家峡水库调节、工农业用水、水土保持综合治理等。     

黄河内蒙古河段河床演变特征分析

针对近年来黄河内蒙古河段河槽淤积萎缩严重,防洪、防凌形势严峻的状况,从不同方面综合分析了巴彦高勒-头道拐河段河床冲淤演变特征.通过同流量水位变化分析了不同时期、不同水沙条件下各河段主槽冲淤变化,总体具有汛期冲刷非汛期淤积的特点,而汛期冲淤变化取决于洪水期的变化;依据输沙量法分析了内蒙古河段冲淤变化特点,进一步指出了不同河段淤积的原因;从不同时段河床形态的调整,揭示了河床冲淤随水沙变化而调整的规律;指出了不利的水沙条件是内蒙古河段主槽淤积萎缩、排洪能力大幅度降低的根本原因.     

基于泥沙起动的长江世业洲西南角河床冲淤研究

为分析2010年世业汊西南角河床断面▽-10m以上冲刷明显、以下变化不大的原因,利用实测水下地形、水文测验资料计算比较了床沙起动流速与实测流速的关系,从泥沙起动角度分析了长江镇扬河段世业洲右缘西南角河床断面冲淤特征。研究为长江整治提供决策依据。     

江河冰塞糙率的分析研究

本文对江河冰塞糙率的主要研究成果进行了分析,指出了目前江河冰塞糙率研究成果的共同缺点是没有把冰塞糙率与水流强度及水流的含冰率联系起来,而认为冰塞糙率是冰厚或时间的函数。根据黄河河曲段6年的冰塞实测资料,建立了冰塞糙率与河床糙率的比值和水流佛汝德数的关系。据此,对实验室模拟冰塞糙率进行了分析研究,建立了模拟冰塞糙率与河床糙率的比值和水流佛汝德数及水流含冰率等关系式。文中还对一些问题进行了讨论,认为冰塞下水内冰花的堆积运动应与泥沙在河床上的运动相似。     

荆江河段河道冲淤变化及影响分析

根据荆江河段10次长程水道地形观测资料,采用"断面地形法"(切割断面计算河道冲淤量)进行了荆江河段河床冲淤变化计算与分析.结合典型断面变化对冲淤计算成果的合理性作了比较分析.同时对荆江河段河道冲淤变化对河道高水位影响进行了探讨性分析,河道水力因素调整、洞庭湖的顶托作用增强、三口分流分沙比减少、分蓄洪水面积的减少是出现高洪水位的主要原因,而河段泥沙淤积只是其中一个次要因素.     

三峡水库蓄水后宜昌至沙市河段冲淤变化分析

三峡水库蓄水运行后,下泄沙量大幅减小,为了解坝下游河道变化情况,运用断面地形法计算分析了宜昌至沙市河段的冲淤变化。从来水来沙变化过程、河床形态、河床组成、比降等方面对冲淤变化的影响因素进行了分析研究。结果表明:河段的冲淤变化是水沙组合、河床组成、河床形态等因素综合作用的结果,其中来沙量的大幅减少是主要因素;不同河段各因素对冲淤变化的影响大小存在差异,即枝城至沙市河段的冲淤强度大于宜昌至枝城河段。     

黄河内蒙古段不同粒径泥沙输移能力变化分析

泥沙输移的效果不仅受水流和边界条件的影响,同时也取决于泥沙自身的特征,包括泥沙数量的多少和泥沙粒径的分布特征。以黄河内蒙古段1958—2013年实测水文资料为依据,分别将巴彦高勒和头道拐断面作为内蒙古段上下游控制断面,将泥沙分为小于0.010 mm、0.010~0.025 mm、0.025~0.050 mm、0.050~0.100 mm及大于0.100 mm 5个粒径组,探讨了各粒径级泥沙在不同时期的输移能力。结果表明:1历年洪水过程中分组沙与全沙呈较好的正相关关系,粒径级0.025~0.050 mm的泥沙输移对全沙的贡献最大,粗沙次之,贡献最小的为细沙;2水力条件改变时,巴彦高勒断面的河床冲淤调整较下游头道拐断面表现得更为明显,特别是在粒径小于0.010 mm的细沙输移能力变化方面,不过随着来水在年际间和年内趋于平均,细沙的输移变化也愈发均匀。