漫滩水流的水流结构及其悬沙运动

本文通过漫滩水流的水槽试验,对其水流结构和悬沙运动作了比较详细的分析.水流漫滩后,随着滩槽之间水流动量的横向传递,泥沙也随之发生横向输移;在一定水位范围内,主槽的流速、含沙量和输沙率都较平滩水位的小,滩地的则增大.并对平滩流量作为造床流量,作了理论上的解释。     

黄河下游河道平滩流量与造床流量的变化过程研究

采用黄河下游各水文站1950-2003年实测资料,系统分析了过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量的变化过程及其与花园口来水量的响应关系,分析表明在过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量总体上呈逐渐减小的趋势,其数值随花园口来水量的丰枯而变化,花园口来水量大,造床流量就大,造床能力就强,塑造的主河槽的平滩流量也大。文中给出了平滩流量与造床流量的响应关系,通过造床流量和平滩流量的比较,指出黄河下游造床流量小于平滩流量,过去50多年间水流塑造河床的能力小于主河槽当时的过流能力,黄河下游主河槽萎缩是河道演变响应来水变化的必然结果。研究结果进一步表明,通过小浪底水库调整进入下游的来水过程,增大河道的造床流量,进而增大河道的过洪能力是治理河道萎缩的重要措施之一。     

黄河下游平滩流量影响因子相关分析

选取影响黄河下游平滩流量的诸多影响因子并加以分类,应用人工神经网络方法,建立了各影响因子与平滩流量的BP模型。分析结果表明:平滩流量计算时应考虑汛期及非汛期来水来沙影响因子、前期水沙条件的累计影响因子与其他因子;考虑汛期、非汛期水沙条件以及上一年汛后平滩流量等影响因子的同时,再加入洪峰流量和中值粒径影响因子,计算的平滩流量与实测值更加符合。     

三峡工程运用后宜枝河段平滩流量调整特点

三峡水库蓄水运用后,清水下泄使得坝下游宜枝河段发生显著冲刷,河道过流能力也相应调整。宜枝河段(包括宜昌及宜都两河段)断面形态复杂,且过流能力沿程差异较大,河段平均的平滩流量更能反映其综合过流能力。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方法,分别计算了宜昌及宜都河段2002—2013年各年汛后的平滩流量,分析了河床冲淤变化对河段平滩流量的影响,同时还建立了两河段平滩流量与前5 a汛期平均水流冲刷强度的经验关系。结果表明当河段冲刷时,平滩流量增大,反之则减小;宜昌河段平滩流量与水流强度相关性系数较低,为0.64,而在宜都河段为0.94,表明宜都河段对上游水沙条件变化的响应较宜昌河段更为显著。     

黄河下游塑槽输沙需水量计算方法

本文从能量平衡原理出发分析了挟沙水流的能量耗散机理及水流塑槽和输沙能量的分配模式,河道水流能量的消耗主要用于塑槽和输沙两个方面,即一部分水流能量用来克服河床边界阻力,维持一定的河道主槽;另一部分则用于输送水流中挟带的泥沙,维持河道的输沙平衡。根据水流能量的这一分配模式,并结合水沙条件对平滩流量的累积影响作用,建立了塑槽输沙需水量的计算方法。将该方法用于黄河下游各主要测站的塑槽输沙需水量计算,取得了较好的效果。以三黑小的来水来沙为输入条件,得到了黄河下游河道塑槽输沙需水量的计算公式,并给出了维持黄河下游平滩流量为4000m3/s的塑槽输沙需水量区间。     

黄河上游宁蒙河段平滩流量变化过程研究

采用黄河上游宁蒙河段各水文站1965—2004年实测资料,分析了宁蒙河段平滩流量的变化过程,表明宁蒙河段平滩流量随时间呈现减小的趋势,特别是1986年龙羊峡水库运用后减小更为明显,已由20世纪60年代中期的3 600~5 800m3/s减小到2004年的1 100~3 600m3/s,尤以内蒙古河段的三湖河口站最为严重,从1986年的4 100m3/s左右减小到2004年的1 100m3/s左右,内蒙古河段平滩流量减小幅度要大于宁夏河段,主河槽出现明显萎缩。文中给出了宁蒙河段历年平滩流量与年和汛期来水量的响应关系,具有随年和汛期来水量增加而增大的规律。进一步分析表明,当年来水量为200亿m3或汛期来水量为80亿m3时,宁夏河段和内蒙古河段的平滩流量分别约为3 100,2 850m3/s;当年来水量为300亿m3或汛期来水量为170亿m3时,宁夏河段和内蒙古河段的平滩流量分别约为4 300,4 000m3/s。分析结果可为宁蒙河段河道进一步整治的研究提供基础。     

黄河内蒙古段年内水沙分配对平滩流量的影响

平滩流量是反映河槽排洪输沙能力的重要指标。冲积河流汛后平滩流量是一定时期内非汛期、汛期水沙条件综合作用的结果。基于平滩流量滞后响应模型,建立了内蒙古河段非汛期、汛期水沙耦合作用下汛后平滩流量滞后响应模型,在巴彦高勒水文站汛后平滩流量计算中进行了应用,并对该河段年内水沙分配对汛后平滩流量的影响进行了分析计算。结果表明;龙羊峡、刘家峡水库修建后,巴彦高勒站在现有年径流量、输沙量总量不变的情况下,若增大汛期水沙比例,则可以在一定程度上增大汛后平滩流量;而在不利的水沙分配条件下,若增大年径流量、输沙量,汛后平滩流量也会有所增大。     

弱动力水流中粘性泥沙作用下水流流速沿垂线分布的试验研究

采用玻璃水槽试验的方法探讨了弱动力水流中粘性泥沙作用下水流在水流条件、含沙量及水质条件共同影响下,流速沿垂线的分布规律.结果表明:弱动力水流流速的垂线分布有其自身的特点,流量较大或含沙量较小时,都基本遵循对数分布规律;流量较小且含沙量足够大时,流速的垂线分布呈横向抛物线形,并出现明显的分层现象;此现象出现后,当含沙量较大、流量减小,或流量较小、含沙量增大时,流速极大值增加、位置向床面下移,流量较小、含沙量较大时,随着钙离子浓度的增加,流速极大值增大,且其位置更贴近床面.     

维持黄河下游主槽不萎缩的塑槽需水量

以滑动平均水量和滑动平均沙量为参数,建立了黄河下游汛期塑槽需水量的计算公式,包括上限需水量和下限需水量,构成塑槽需水量的变化区间。以平滩流量4000m3／s为例,在三黑小汛期来沙量8亿t时,汛期需水量区间为166～202亿m3。资料分析和公式计算均表明,汛期塑槽需水量与汛期来沙量及平滩流量均成正比关系,反映了来沙量对塑槽需水量的影响。考虑到平滩流量是连续4年汛期水沙条件累积作用的结果,对于给定平滩流量,不能只看当年汛期来水来沙量的大小,关键要看包括当年在内的前期连续4年滑动平均汛期水量的大小,允许个别年份的来水量小于平均值。     

黄河下游平滩流量对来水来沙变化的响应

本文探讨了平滩流量对来水来沙的滞后响应规律，发现平滩流量不仅与当年的水沙条件有关，而且与前期水沙条件有关，是一定时期内的水沙条件累积作用的结果。当采用滑动平均值来反应前期水沙条件的累积影响时，得出平滩流量与滑动平均汛期流量和滑动平均来沙系数的相关程度分别在4年和5年时达到最大值。据此建立了能够反映来水流量和来沙系数前期综合影响的平滩流量计算方法，可以用来估算黄河下游主要测站平滩流量随水沙条件的变化。     

流量过程对平滩流量的影响

在分析年平滩流量与来水来沙关系的研究中多关注当年或多年水量、沙量、水沙系数等总量特征参数,部分研究中增加考虑了洪峰峰值等特征参数,而针对流量过程对年平滩流量影响的研究较少。通过花园口断面1954-2000年实测流量过程及大量实测断面资料,采用流量历时曲线法来描述流量过程,采用改进的WOL方法估算实时平滩水位,进而估算年/实时平滩流量,分析流量历时曲线特征参数与年/实时平滩特征之间的关系。分析认为,在流量峰型扁平时,断面的年/实时平滩水深基本不变,断面形态变化不大;当流量峰型尖瘦时,断面的年/实时平滩水深变化较大,断面形态变化较大。分析认为,影响年平滩流量的水沙特征参数除水量、沙量、水沙系数等表征总量特性的参数外,还应该适当考虑流量过程的影响,即流量过程峰型相对尖瘦时年/实时平滩流量均变化较大。     

黄河尾闾河道平滩流量变化对来水来沙的响应

通过分析1976年清水沟流路以来黄河河口尾闾河道冲淤变化及河槽萎缩特点,探讨了利津平滩流量变化对来水来沙及河口延伸的关系。结果表明:河口区平滩流量变化不仅与来水量、洪峰流量、水沙搭配系数、河口河长相关,而且与前期河床条件有关。给出了维持河口河道4 000 m3/s平滩流量需要的水量、洪峰流量及水沙搭配的定量关系以及河口延伸长度的限制条件,为河口尾闾河道的综合治理提供一定的参考。     

长江中游黄州河段采砂影响分析

河道采砂等人类活动对河道演变的影响是河流动力学研究的一个重要课题。以长江黄州河段为例,在实测水沙系列的基础上,采用平面二维水沙数学模型研究了不同流量级下工程河段采砂后水位、流速和汊道分流比等变化规律,并模拟了不同典型年水沙条件下洲滩河段演变过程和采砂区冲淤特性。研究结果表明,在不同流量条件下,随着流量的增加,水位和流速变化幅度有所减小、影响程度降低;分流比对平滩流量反应更加敏感,平滩流量条件下分流比有明显增加;三峡水库蓄水运行后,在不同典型水文年条件下,随着洲滩的冲刷后退加剧,布置在洲尾的采砂区泥沙回淤明显。     

水沙变异条件下黄河下游河道横断面形态特征研究

通过对黄河下游各水文站1950～2003年实测资料的分析，探讨了过去50多年间黄河下游河道横断面形态变化过程及其与来水量的响应关系。分析得出，过去50多年间，黄河下游河道主河槽发生了明显的淤积萎缩，游荡性河段的萎缩程度大于弯曲性河段，平滩面积呈明显减小的趋势，宽深比有增大的趋势，但各河段河型没有发生转化；平滩面积随年来水量和当年最大洪峰流量的增加而增大，宽深比随来沙系数的增加而增大。由黄河下游排沙比与来水来沙的关系分析表明，黄河下游花园口～利津河段不淤积的花园口临界年均来沙系数约为0.012，临界年平均流量约为1850m3/s。综合分析认为，在目前下游河道来水偏枯的条件下，下游河道的平滩流量不宜也不可能太大，从维持中水河槽和满足流域经济社会发展需要考虑，在花园口年来水量为200～250亿m3时，花园口控制洪峰流量在4000m3/s左右、年均来沙系数不大于0.012的来水来沙过程比较合适。     

松花江干流河道演变与维持河道稳定的需水量研究

通过对松花江干流多年水沙过程、纵剖面及横断面形态、河道稳定性计算及河势变化分析，表明松花江干流河势总体相对稳定。针对松花江以推移质造床为主，输沙水量不是维持河道稳定的决定性因素的特点，提出了包含水量、流量和历时要求的维持河道稳定需水量的概念，以典型断面哈尔滨站为例，给出了维持松花江干流河道稳定的需水量为173×10.8m3，占全年总水量的40％；维持松花江干流河道稳定的平滩流量过程的重现期为1.3a，频率为9.6％。说明松花江干流水量充沛，平滩洪水重现和持续历时符合造床条件，基本能够满足维持河道稳定的需求。     

桃汛期影响潼关高程升降的敏感性因子分析

从水沙条件和边界条件两个方面,逐项分析了桃汛期洪峰、沙量、水沙搭配以及桃汛期三门峡水库起调水位、前期潼关高程、河床泥沙颗粒组成、纵比降等对潼关高程升降产生的影响。结果表明:在目前边界条件下,要降低潼关高程,三门峡水库桃汛期起调水位应控制在313 m以下,桃汛洪峰流量在不超过小北干流平滩流量的情况情况下越大越好,沙量越小越有利于潼关高程的冲刷下降,含沙量不能太大且要与洪峰对应,在出库含沙量不能与洪峰同步的情况下,要控制好落水期排沙。     

冲积河流平滩流量的滞后响应模型

基于冲积河流自动调整的基本原理,根据河床在受到外界扰动后调整速率与其当前状态与平衡状态之间的差值成正比的基本规律,提出了冲积河流平滩流量的滞后响应模型,阐明了前期水沙条件对平滩流量滞后影响的物理本质.采用黄河下游5个主要测站1960~2003年实测平滩流量资料对滞后响应模型进行了检验,结果表明所建模型能够反映平滩流量的滞后响应过程,而且在水沙条件发生变化时,该河段通过冲淤调整达到新的平衡状态的时间约为5年.     

小浪底水库对泺口至利津河段冲淤变化分析

根据小浪底水库2002~2015年的调水调沙资料,对泺口至利津河段的冲淤情况进行分析,认为调水调沙使泺口至利津河段的河道得到明显冲刷,主槽断面形态向良性发展,平滩流量大幅增加,过流能力大大增加。同时近几年调水调沙资料表明河道冲刷力度减弱,冲刷效率降低,河床粗化,主槽过流能力已基本稳定。