全动床复式河槽水流阻力特性的试验研究

当水流漫滩后,由于滩槽间存在着强烈的动量交换,复式河槽在过流能力、泥沙输移、流速分布等许多方面不同于单一河道。通过水槽试验,探讨了清水作用下,由非均匀沙构筑而成的全动床复式河槽完全粗化后的水流阻力变化特性,包括水流能量损失、曼宁系数、谢才系数与达西-韦斯巴赫阻力系数等沿程变化。试验结果表明,对于清水作用下的全动床河道很难获得均匀流。断面平均流速沿程变化,单位重量水体经过单位长度而损失的能量将沿程改变。对于该类河道,在给定的水流条件下,阻力系数不再保持为常数,而是沿程变化的。这些特性表明全动床复式水槽水流阻力远比定床的复杂,要准确预测该类河道的过流能力及泥沙输移能力远比定床的困难。     

天然复式河道的流量计算

漫滩水流在天然河道中极为常见，尤其在冲积平原地区。漫滩水流的水位流量关系将和一般的明渠流有所不同，使过水能力的估算较一般的明渠流困难，采用以水深平均的Navier-stokes方程为基础的漫滩水流计算方法，通过对动量交换法和摩阻因子的研究，针对某天然复式河道的具体条件，在考虑床面粗糙度的条件下，计算出漫滩洪水垂线平均流速横向分布，进而计算出断面过流流量，并得到水深与流量的关系。     

河道整治工程溢流及滩区冲刷分析

提出整治工程漫顶溢流时溢流量按宽顶堰或短渠计算;针对漫滩地洪水主流存在扩散程度不同的问题,简化为用扩散角表示的沿程直线变化主流宽度,进而确定断面平均流速。根据计算的水力要素及选择的冲刷深度公式估算冲刷深度。通过实际工程计算分析,结果满足工程要求。     

水沙调控对黄河下游河道的人工影响

黄河下游发生漫滩洪水时,基于小浪底水库的调控作用,研究通过滩区控制性分滞洪,实现下游河道淤滩刷槽、减缓"二级悬河"发展的目标.选取夹河滩—高村为典型河段设计模型,依据"82·8"漫滩型洪水进行了不同水沙组合及不同分滞洪方案的物理模型试验.试验结果表明:研究河段主槽冲刷,滩地淤积,洪水后河道整体呈现淤积状态,部分泥沙被拦截在河漫滩内;河槽在涨洪及洪峰前后强烈冲刷,落峰期主槽有一定回淤;在中水河槽较宽、二滩面积较大的河段,滩地淤积量较大.     

滩地植被对弯曲漫滩河道主槽二次流发展的影响研究

滩地植被对河道水沙运动及河床演变具有重要的影响,尤其当洪水期水流漫滩时。为了弄清高密度植被对弯曲主河道水流特性的影响,作者采用模型试验,在弯曲复式河道滩地铺设模型草,模拟天然植被,通过改变上游来流量,研究了高密度植被对主槽二次流涡团高度及涡团中心位置的影响。结果表明,滩地植被对弯中断面附近的二次流涡团高度影响最大,二次流涡团高度在滩地无植被时等于主槽高度,而在滩地有植被后等于主槽高度加上滩地植被冠层高度,此时,滩地植被等效增大了主槽高度。进入弯段后,滩地植被对二次流涡团高度的影响逐渐减小,在弯顶断面可以忽略滩地植被的影响。根据试验结果,提出了不同断面二次流涡团中心位置的预测方法并用不同来源的数据进行检验,发现该方法可以准确预测弯曲主槽中不同断面的二次流涡团中心位置。最后,讨论了二次流相对强度与主槽过流率之间的关系,发现无论滩地是否有植被,最大主槽过流率总是出现在二次流相对强度较小的弯顶断面。在相同水深条件下,主槽过流率在有植被漫滩河道中比无植被河道大。随着主槽水深（相对水深）增大,有植被和无植被工况各断面的过流率差值减小。当主槽水深接近或小于滩地植被冠层高度和主槽高度之和时,弯曲主槽中的二次流涡团沿程变化特性将与非漫滩弯曲河道的二次流涡团沿程变化特性十分相似。     

漫滩水流滩槽相互作用的射流边界层理论模式

本文建立了漫滩水流滩槽相互作用的射流边界层理论模式,对滩槽水流相互作用的机理进行了阐述,导得顺直主槽复式河槽断面统一的速度剖面表达式(15)。计算结果表明,计算值与实测值吻合良好。     

二维挟沙水流数学模型与地理信息系统的集成模型

通过对二维挟沙水流数学模型系统的详细分析,提出了二维挟沙水流模型与地理信息系统（ＧＩＳ）集成的数据集成模型及功能集成模型．     

二维挟沙水流数学模型与地理信息系统的集成模型

通过对二维挟沙水流数学模型系统的详细分析,提出了二维挟沙水流模型与地理信息系统（ＧＩＳ）集成的数据集成模型及功能集成模型。     

珠江南河道平面二维非恒定流水沙数值模拟

基于贴体正交曲线坐标系下沿水深积分的平面二维非恒定水沙数学模型对珠江南河道水沙运动和泥沙冲淤进行了数值模拟,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响,针对河口泥沙双向交换的特点,对泥沙冲淤函数φ作了改进,对挟沙力级配公式进行了调整,改进了现有模型,并利用河段实测水文资料及原型观测数据对模型进行验证,结果表明,模型计算的沿程水位、流速分布和泥沙输移以及河床冲淤演变与资料符合较好。     

山区河流河床形态与水沙变化下的水位响应机理研究

山区流域暴雨山洪、滑坡、泥石流等灾害频发,大量泥沙以不同方式进入河道,河床形态在极短时间内迅速调整。在宽窄相间河段水流输沙能力差异较大,展宽段常因挟沙能力的降低而淤高河床,致使水位陡增,引发洪水灾害。为探讨山区河流宽窄相间河段与泥沙补给变化下的水位变化致灾机理,以室内物理模型系列试验结果为依据,分析不同流量定床清水时河床形态参数与各水力参数的变化关系,以及泥沙补给变化对河床形态及水流参数的影响。试验表明：上游泥沙补给量及河床形态是影响水流流态、水位变化的重要因素;定床清水条件下,河宽与比降的局部急剧调整影响水流参数变化,水流对河床变化的响应具有滞后性;当上游有泥沙补给时,水深变化较清水来流明显;随着来沙量的增大,大量泥沙淤堵河道且呈现溯源淤积的趋势,并淤高河床;在淤积段顶端,水流发生水跃现象,水位陡增,甚至出现漫滩致灾。由此可见,上游来沙及水流挟沙能力的降低将引起河床不同程度的落淤,造成河床形态改变,特别是在宽窄相间河段泥沙易落淤,水位增幅较大,为洪灾泛滥区,应作为水沙灾害的重点防治区域。     

山区河流植被洲滩河段水沙运动特性试验研究

山区河流受水沙条件和河流形态影响,植被洲滩发育丰富,显著改变局部河段的水沙运动及其演变特征。基于室内洲滩模型自然生长植被的水沙试验,探讨了植被与泥沙补给对洲滩河段水流结构及冲淤变形的影响。试验结果表明：植被茎叶加大对水流扰动,减缓水流流速,上游补给泥沙在植被周围形成小型沙丘,以波状输移为主;大量来沙条件下,泥沙多落淤洲头及洲尾,促使洲滩的快速发育;淹没植被枯萎,茎叶凋落,加剧洲头及洲滩两侧坡脚冲刷;植被与上游来沙显著影响洲滩汊道分流特性,加沙和植被茎叶部分促使左汊分流比降低。因此,山区河流植被与上游泥沙补给调整洲滩汊道过流能力及发育过程,对植被洲滩河段的水沙运动产生较大影响。     

黄河下游河道断面宽深比对输沙能力的影响

根据1950~2000年黄河下游河道各站汛期实测径流量、输沙量资料,分析了花园口~高村、艾山~利津河段处于冲淤平衡状态时径流量与输沙量之间的关系,得到了冲淤平衡时,在径流量一定的情况下,河槽断面宽深比越小,输送的泥沙量越大的结论;通过概化河工模型试验,分析了在不同的主槽宽度、深度、流量和进口含沙量情况下,临界含沙量与主槽断面宽深比的关系,表明临界含沙量随流量的增大而增大,随断面宽深比的减小而增大,临界含沙量随断面宽深比减小而增大的速率随断面宽深比的减小而增大;分析了断面宽深比对黄河下游河道泥沙输移公式的影响;最后,与小浪底调水调沙实测成果进行了比较,结果表明其与笔者研究结论基本一致.     

黄河泥沙科学的新进展

泥沙问题是黄河难治的症结,本文系统回顾了黄河泥沙科学的新进展,其中包括水流泥沙运动、黄河水流挟沙力、高含沙水流运动、河床演变规律和减淤措施研究、泥沙数学模型、河工动庆模型试验研究等方面,并提出了有待于今后深入研究的主要课题。     

黄河调水调沙对黄河下游引黄供水的影响分析

小浪底水库投入运行后对黄河下游来水、来沙产生了巨大影响.调水调沙则使下游主河槽全线下切、相同流量条件水位降低,改变了引黄闸的引水条件.通过相关数据分析了黄河调水调沙对下游引黄供水的影响.结果表明,黄河在年平均流量下的水位仍能够满足水闸的设计引水要求;辅以工程措施可以解决河道下切对引水带来的不利影响.     

构建黄河下游生态景观河道探讨

近年来黄河流域农业和工业的迅速发展,非法侵占河道现象严重,使河流丧失了它们的自然特征,同时人类的活动也造成了水污染、河道断流等,使与河流的自然演化息息相关的生物种类和生息繁衍的环境遭到破坏。从黄河下游河道生态系统开发与保护的角度阐述了人与河流和谐相处的自然发展理念,提出了预制管桩丁坝、堆沙筑堤、泥沙资源化、植树造林、滩区分区运用补偿政策等保护措施方案,恢复构建黄河下游生态景观河道。     

Water demand for ecosystem protection in rivers with hyper-concentrated sediment-laden flow

1IntroductionTheriversystemisoneofthemostimportantnaturalecosystems,andithasquiteintimaterelationshipwithhumanbeings.Theprimaryriverinefunctions,suchaswatertransfer,sedimenttransportation,floodrelease,self-purification,landscapeforrecreationorasbiologicalhabitats,navigationandsoon,havegivenmuchconveniencetohumanproductiveactivitiesanddailylife.Ontheotherhand,thenaturalriversystemhasbeeninterferedextensivelyinrecentyearsbyhumanactivities,andthustheriverecosystemhasbeendamagedandriverinefunction…     

基于雅鲁藏布江辫状河流的洪峰流量输沙变异数值模拟

该研究根据雅江中游辫状河流平面形态建立输沙地形,构建了可用于辫状河流输沙模拟的数学模型。数值计算采用二维水动力学和非粘性泥沙耦合模型对辫状河流中泥沙输运规律进行模拟研究,模型基于不可压缩雷诺平均N-S方程,模型中包括连续方程、动量方程、河床面变形方程、全沙输沙方程。该数学模型通过全沙输移理论计算悬移质和推移质输沙率。当模拟洪峰流量时,辫状河流出口含沙过程和悬移质输沙过程峰值滞后于入流过程,形成相位差,泥沙粒径越小,相位差越小,0.01mm和0.02mm泥沙相位差接近0,出口悬移质输沙率产生的相位差小于含沙量;0.3mm、0.2mm和0.1mm泥沙在辫状河流中淤积的淤积量超过50%。在计算泥沙输移的同时,考虑泥沙的启动、沉降淤积作用导致的地形更新,进而求解挟沙水流在辫状河流当中运动时对地形变化的影响,为天然辫状河流的研究预测建立一定的数值模拟基础。     

黄河下游游荡河型与弯曲河型之间的关系研究

分析了黄河下游的河型分类,计算并统计了黄河下游冲淤标准化输沙平衡数,采用集合数学方法,研究了弯曲河型和游荡河型的关系。研究表明,在冲淤标准化输沙平衡程度数方面,弯曲河型是游荡型的真子集,游荡河型包含弯曲河型,弯曲河型与游荡河型的重叠部分建议归为弯曲河型,游荡河型比弯曲河型多了些数值较大的冲淤标准化输沙平衡程度数。     

黄河第6次调水调沙对花园口至夹河滩段河道的影响分析

概述了2007年黄河第6次调水调沙的运行情况.从水文泥沙过程、调水调沙前后悬移质粒径变化、河道冲淤量及主槽过流能力等方面,分析研究了2007年汛前调水调沙对花园口至夹河滩段河道的影响.分析结果认为,花园口水文站来水量41.01亿m3,花园口至夹河滩河段冲沙0.041亿t,2水文站所在断面主槽过流能力增加幅度为300~500 m3/s,在流量3 000 m3/s时相应水位下降0.03~0.14 m,河段的行洪能力得到明显改善.     

基于拉格朗日粒子追踪的河流-洪泛区水流交互关系研究

为了获得洪水期主槽-洪泛滩地系统内水流交互关系,以美国内华达州塔基河迈卡伦河段为研究对象,采用拉格朗日粒子示踪方法获得了在强、弱2种漫滩条件之下,粒子的运动轨迹、停留时间分布及空间维度上的交换频率等特点.分析结果表明,高流量有效促进了主槽水流向侧向滩地传播的范围,并且流量越大,水流在系统内的平均停留时间越短,且参与系统内水流交换的水量占总过流量的比重越大;此外,流量对不同水体间粒子发生单次交换所需行走的纵向距离影响显著,大洪水时不同水体整体交换更强烈,但局部交换相对而言弱于小洪水情况,本研究方法和结论可以为河流系统的改造和修复提供参考.