小浪底水库淤积形态数值模拟

水库淤积形态是影响库容分布、水库排沙的一项重要因素。小浪底水库近坝段淤积泥沙粒径极细,具有流动性,针对其细颗粒泥沙淤积特点,揭示了水库细颗粒淤积物的流变特性与流型特征;通过引入水、淤积物、床面之间的界面受力分析,构建了细颗粒淤积物失稳流动描述模式,并与水沙输移模型相耦合,建立了考虑细颗粒淤积物流动特性的水库淤积形态模拟方法,在此基础上对小浪底水库淤积形态进行了验证分析。研究结果表明:低密度细颗粒淤积物为宾汉型流体,淤积平衡坡降较小,当其密度大于1.25 g/cm 3后,流动性快速减弱;考虑细颗粒淤积物流动特征的水库淤积形态模拟结果与实测结果吻合较好。研究成果可为水库淤积形态形成机理及其对水沙调控的响应研究提供技术支撑。     

三峡水库蓄水初期近坝区淤积形态成因初步分析

三峡水库蓄水运用后,库区泥沙淤积将显著增加.基于三维水沙数值模型及实测资料分析,对水库蓄水初期近坝区泥沙淤积形态的成因进行了初步探讨.研究结果表明坝前淤积形态的成因既与坝前水流流态的三维特性有关,又与水库蓄水初期坝前淤积物颗粒特性有关.水库蓄水初期沉积在近坝区的泥沙颗粒较细,初始干容重较低,使得淤积物表现出一定的浮泥特性.坝前淤积总量较大主要是宽谷河段水流特性造成的;而基底深槽处淤积物厚度较大、淤积面呈水平状的主要原因则是浮泥状淤积物在重力作用下向河底运动、并沿深泓线在基底深槽中汇集.     

黄河万家寨水利枢纽淤积形态分析

以万家寨水利枢纽2000年至2010年泥沙淤积测量资料为基础,通过分析近年泥沙淤积变化情况及目前水库横、纵断面形态,得出万家寨水库目前纵向淤积为三角洲淤积形态淤积,主要表现为:淤积位于966 m以下,横向淤积坝前段淤积面平行抬高,库尾段近年来有明显冲刷。     

洞庭湖泥沙淤积数值模拟模式

在确保沙量守恒的非恒定流、非均匀沙的二维水沙数学模型的基础上,通过洞庭湖水沙输运和河床变形计算实践,比较了两种冲泻质与床沙质的转化模式,提出了包括冲泻质在内的泥沙淤积模式和水沙动边界计算模式.从洞庭湖泥沙输运和河床变形计算的结果看,洞庭湖泥沙淤积数值模式具有较好的稳定性和较高的模拟精度,说明所建湖泊泥沙模型的良好性能和具有推广运用的前景.     

波流边界层水沙运动数值模拟——Ⅲ.底部高含沙层模拟

为了解析底部高含沙层特征,研究了物理影响机制和时均含沙量剖面。采用波流边界层1DV泥沙数学模型,结合试验资料,通过设置不同的计算工况进行了影响因素敏感性分析;在此基础上,提出波浪相关的时均泥沙扩散系数分布,考虑主要影响机制,推导了基于边界层物理过程的波浪作用下时均含沙量剖面表达式。结果表明,底部高含沙层与波浪边界层密切相关,是受水动力和床面形态综合影响的结果。仅建立高含沙层与水动力或床面形态的单一关系是有局限性的。含沙量层化效应和制约沉速对底部高含沙层具有重要影响。提出的平底床面含沙量剖面表达式为幂函数-Rouse-指数分布,漩涡沙波床面为指数-幂函数-Rouse分布。预期可应用于二维和三维泥沙数值模拟。     

小浪底水库“腾库迎洪”期异重流形成分析

小浪底水库异重流的形成与运行规律是关系黄河调水调沙方案拟定的重要指标。基于现场调研、理论探讨与预测分析结合等手段,明晰了2018年"腾库迎洪"期小浪底水库来水来沙过程,根据水库调度与库区淤积形态等边界条件,观测了异重流的形成与运行,采用基于流速分布的水库异重流潜入点预测公式进行了计算分析。结果表明:2018年7月库区产生的剧烈冲刷,在潜入点处发生大量淤积,水深大幅减小,引起潜入点下移;潜入点位置随入库水沙增大、坝前水位降低及库区淤积的推进向坝前移动,计算与实测结果反映了该变化过程。     

小浪底水库“腾库迎洪”期异重流形成分析

小浪底水库异重流的形成与运行规律是关系黄河调水调沙方案拟定的重要指标。基于现场调研、理论探讨与预测分析结合等手段,明晰了2018年"腾库迎洪"期小浪底水库来水来沙过程,根据水库调度与库区淤积形态等边界条件,观测了异重流的形成与运行,采用基于流速分布的水库异重流潜入点预测公式进行了计算分析。结果表明:2018年7月库区产生的剧烈冲刷,在潜入点处发生大量淤积,水深大幅减小,引起潜入点下移;潜入点位置随入库水沙增大、坝前水位降低及库区淤积的推进向坝前移动,计算与实测结果反映了该变化过程。     

泥石流堆积形态影响要素的数值模拟

本文运用泥石流堆积数值模拟方法,对影响泥石流堆积形态的主要因素分别进行了变化趋势的模拟分析,展示了堆积区地形坡度的差异、泥石流体重度变化和一次泥石流冲出量大小不同等所产生的泥石流堆积形态和空间展布范围的变化规律.研究结果可应用于分析预测不同条件下、不同类型的泥石流灾害发生范围及强度分布,进而为灾害风险评估提供基础.     

基于挟沙力的三峡水库泥沙淤积形态分析

三峡水库蓄水运用后,泥沙淤积主要分布在常年库区的宽谷和弯道,峡谷则无累积性淤积。基于实测资料计算了三峡成库前（2001年）和成库后（2003-2011年）的挟沙力,结果表明挟沙力随着不同运行阶段坝前水位的抬高而逐步降低,宽谷河段降低幅度较大,峡谷河段降低幅度较小,泥沙淤积比率逐步增大。宽谷河段挟沙力普遍降至含沙量以下而发生淤积,峡谷河段挟沙力仍大于含沙量而无累积性淤积。流量越大,宽谷河段的挟沙力越小于含沙量,而峡谷河段的挟沙力越大于含沙量,表明宽谷河段淤积主要发生在汛期,而峡谷河段汛期以冲刷为主。由于细颗粒泥沙絮凝沉降以及黏性淤积物难以冲刷,恢复饱和系数淤积取1、冲刷取0.01得到的沿程淤积量计算值与实测值吻合较好。弯道河段计算的淤积量与实测值差异较大,表明弯道河段二维特征明显,利用一维的挟沙力计算淤积量不能适用。     

长江中下游水沙数值模拟研究

根据长江中下游水沙运动特征,采用水动力学、河流动力学和数值模拟技术相结合的技术途径,建立了一、二维混合的非恒定流非均匀沙非平衡输沙的数学模拟模型,对长江中下游干流、河网区和洞庭湖水沙运动及其河床变形进行了数值模拟,并在水沙模拟的范围内着重对河网区内水沙动边界的处理、河网汊点分流分沙计算模式、动床阻力和河湖交换模式等问题进行了讨论,提出了解决问题的途径和技术处理方法.为了验证模型的适应性和有效性,采用1981年至1989年10年长江中下游水文资料对所建模型进行了检验,模拟结果较好地反映了长江中下游干流、河网区和洞庭湖水沙输运特征和河道冲淤的宏观效应.     

深水库区细颗粒淤积物重力驱动流动数值模拟——以三峡水库为例

针对三峡水库近坝区细颗粒泥沙淤积特征,从过程机理出发,提出了深水库区细颗粒泥沙淤积过程的物理图形。采用临界坡度作为细颗粒淤积物失稳流动的判别标准,借鉴浅水流动模式,描述失稳后细颗粒淤积物重力驱动流动过程,通过耦合三维水沙数学模型,建立了细颗粒淤积物重力驱动流动的数值模拟方法,在此基础上对三峡水库近坝区细颗粒泥沙淤积形态进行了模拟研究。研究结果表明:水库蓄水运行初期近坝区细颗粒泥沙主要淤积在断面深槽内,且呈水平状,考虑重力驱动流动后的模拟结果与实测结果吻合较好,从而为进一步深入研究深水库区细颗粒泥沙运动特征提供了技术支撑。     

小浪底水库溯源冲刷效率评估试验

水库溯源冲刷试验是评估在水库速降水位过程中,结合工程控制条件、水沙条件、冲刷时机和初始水库蓄水条件等因素,研究支流拦门沙坎破坏程度对干流溯源冲刷的影响。采用按照水库高含沙模型相似律建立的小浪底水库实体模型开展了4个组次的水库降水库区发生溯源冲刷的试验,第1~4组次库容恢复率依次为11.6%、6.8%、12.2%和6.6%。拦门沙坎破坏越严重,水量越大,库区溯源冲刷量越大,库容恢复率大;侵蚀基准面越低,库区溯源冲刷量大,库容恢复率大;库区淤积量42.00亿m3时采用降低水位引起库区发生溯源冲刷优于库区淤积量32.00亿m3。对原有的陕西水利科学研究所与清华大学的逐日溯源冲刷公式在考虑支流促因的基础上进行了改进,说明支流蓄水量进入干流越多,引起支流口以下的干流河段冲刷量越大,其计算结果与实测值满足生产实践精度,可作为多沙河流水库调水调沙方案制定参考。     

2360aBP古洪水对小浪底设计洪水的作用

根据我国频率计算中广泛采用的Ｐ－Ⅲ型分布,应用统计试验方法,分别对仅由历史调查洪水和实测洪水组成的不完全系列,以及加入考虑流量误差情况下的古洪水资料后的系列进行了计算,得到后者比前者抽样误差大为减小的结论。     

三门峡水库黄河河漫滩沉积柱有机氯农药垂直分布特征

沉积柱取于三门峡水库黄河河漫滩,总长549 cm,采用GC-ECD气相色谱仪和X射线衍射仪分别测定了沉积物中有机氯农药的质量分数和矿物成分.研究结果表明,有14种有机氯农药检出,它们在泥质层中的质量分数明显高于沙质层,质量分数较高的组分有HCHs、Endrin和DDTs.HCHs的平均质量分数大于DDTs,前者在表层沉积物中富集,后者则在表层沉积物中明显减少.DDTs与黏土矿物呈正相关,与碎屑矿物呈负相关,与碳酸盐矿物没有显著相关性.     

浅析小浪底水库蓄水对库区济源段煤矿采空塌陷区的影响

小浪底水库建成运行后，引起区域地下水位抬升，库水通过一1煤底板和其采空区顶板裂隙进入其它煤层和采空区，造成采空区顶板岩石的软化，引发地裂缝及地面塌陷等地质灾害，严重影响了村民的生命财产安全及煤矿生产的安全。本文就小浪底水库蓄水后，对库区济源段煤矿采空塌陷区及煤矿生产的影响进行了分析，并提出了防治对策。     

黄河下游漫滩洪水冲淤规律

滩地的淤积层分布记录着以往漫滩洪水的特征,即反映漫滩洪水的量级、频率和持续时间等,同时河漫滩也是预估河流泥沙、洪水灾害防治和湿地生态系统保护等的重要组成部分。根据黄河下游水文年鉴资料,分析滩地的淤积与漫滩洪水的定量关系,为未来河流泥沙预估提供依据。经分析得到大漫滩洪水在来沙系数S/Q<0.030 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。当S/Q<0.030 kg·s/m6时,大漫滩洪水滩地的淤积量主要与漫滩系数Q_max/Q_p、上滩水量W₀和含沙量S有关;大漫滩洪水的主槽冲刷量则除了与洪水期水量W和沙量W_s有关外,还与滩地的淤积量有关。一般漫滩洪水,当来沙系数S/Q<0.023 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。一般漫滩洪水主槽冲刷量与来沙系数S/Q和洪水期水量W有关,而滩地淤积量仅与含沙量S有关。黄河下游漫滩洪水滩地的淤积和主槽的冲刷主要发生在孙口以上河段,而孙口以下河段主槽冲刷和滩地淤积量均较少。