黄河龙门—潼关河段“揭河底”洪水特性初步分析

“揭河底”是黄河干支流上伴随高含沙水流所发生的河床强烈冲刷现象。据实测资料统计，分析，龙门站较大洪水的洪峰和洪量多由顺堡以上来水为主组成，但以吴堡以下来水为主的高含沙洪水发生“揭河底”现象的机率更高。“揭河底”可使主槽产生冲刷，滩槽高差加大，从而增大了主槽过洪能力。     

黄河揭底冲刷现象的计算分析

黄河中游的高含沙洪水常常引起黄河的"揭河底"冲刷。通过对黄河"揭河底"现象的分析,建立了"揭河底"冲刷的物理模式,进而导出了"揭河底"冲刷的力学方程和临界水沙条件,其计算结果与实测"揭河底"冲刷的水沙条件相一致。通过该方程与水沙条件的分析,进一步验证了散粒体泥沙起动的流速公式。这两个公式的导出对研究高含沙洪水引起的河床演变以及泥沙起动规律具有重要的理论价值。     

深圳河感潮河段洪水特性变化及成因分析

感潮河道洪水特性受陆海双相复杂动力的共同影响。选取深圳和香港的界河——深圳河,基于实测降雨、流量及水位资料,分析潮动力作用下2018年“0829”典型洪水的变化过程,并与流量量级和洪潮遭遇过程相当的2008年6月洪水进行对比,发现“0829”洪水期间河道中上部水位升高约1.4m,河道防洪压力增大。分析发现河道淤积、河道阻力增大和河口平均潮位抬升是导致“0829”洪水水位壅高的主要原因。     

受洪水涨落影响下稳定水位流量关系直接计算

根据洪水涨落影响下的同水位涨落水面流量公式,推导出计算稳定流量Ｑ０的数字表达式,并论述了表达式中未知量Ｓ１／Ｓ２（同水位涨落水时附加比降的比值）计算的方法原理。从而可根据实测洪水绳套和水位过程直接计算稳定的水位流量关系曲线。     

三峡水库蓄水初期寸滩站洪水预报方法研究

寸滩站作为长江上游重要控制站,承担着上游防汛和三峡蓄水的双重任务。基于三峡蓄水初期寸滩站水力学特性发生改变和该时段“高水位、低流量”现象,发现Q≤25 000 m3/s时,寸滩受顶托显著,Z—Q关系线发生“左偏”。在此变化条件下,分别研究了平水期、涨水期的水位、流量预报方法,即先由河道演算的流量查询预报综合线得到水位预报,进而通过水位反查报汛综合线（或绳套、临时关系线）获得流量预报。平水期,依适用条件采用落差指数或多元门限回归开展预报,成果基本能够满足防汛和蓄水需求;涨水期,以“嘉陵江2021年第3号洪水”寸滩预报为例,分析了洪水组成、Z—Q关系绳套化、洪峰水位流量错时出现、水库实时调度和下游顶托等多种因素,采用多源、多尺度水文气象耦合与预报调度一体化辅以主客观融合的人工校正技术实时预警预报,支撑长江上游水库群联合调度,降低寸滩水位约1～2.5 m。研究可为长江上游秋汛防洪和保障三峡蓄水提供支撑。     

洪水期水位流量关系绳套曲线的直接拟合

受洪水涨落影响的水痊流量关系通常为时序型绳套曲线,现有的校正因数法在电算整编中存在一定的困难,通过对校正因数法公式的幂级数展开,提出了水位流量关系绳套曲线的计算机直接拟合数学方法,并对该法原理、步骤作了较详细的介绍。实例验证结果表明,该法能有效地模拟受洪水涨落影响的水位流量关系绳套曲线、且具有计算速度快,推流精度高等优点。     

2012年洪水对黄河内蒙古段冲淤影响

2012年洪水是内蒙古河段1989年以来历时最长、洪峰流量最大的洪水过程。为了解粗泥沙对黄河内蒙古段河床冲淤变化的影响,依据宽河谷河段巴彦高勒、三湖河口和头道拐水文站实测资料,分析了内蒙古河道2012年洪水水沙特征,通过计算推移质输沙量和比较断面河底变化,探讨了粗泥沙对河底调整的影响。结果表明:2012年洪水造成粗泥沙在上游段冲刷、下游段淤积;固定低水位下过流断面存在涨冲落淤的规律;洪水过后,巴彦高勒和三湖河口低水位面积分别扩大了19 m2和29 m2,头道拐减小约100 m2。由于粗泥沙排沙不平衡,底部河床的真正高程并没有降低,防洪风险依然存在。     

无粘性土堤漫顶溃决水流运动试验研究

堤防溃决时溃口附近水流形态及溃决流量变化过程的正确描述是指导溃口堵复及时避险、预测溃堤洪水演进并进一步评估淹没损失的前提条件.通过弯道水槽中的概化模型试验,根据无粘性土堤防漫顶溃决的溃口变化和水流运动特征,将无粘性土堤防溃决过程分为漫流、冲槽、展宽及稳定4个阶段.试验系统研究了堤防溃决后河道以及溃口附近水位的变化过程,研究了河道洪水流量、洪水位和筑堤材料对溃口处水位的影响.基于大量的试验资料,进一步归纳总结出溃决流量与溃口口门宽度及溃口处水头变化之间的关系.     

河道水位流量预报方法研究

论述了加里宁-米尔加科夫洪水演进方法，通过“虚设下游断面”的概念和变特征河长演进的思路将其改进。结合洪水波的运动波近似值，建立了河道洪水流量和水位预报方法。将该方法用于小清河干流济南城区规划河段，得到了孟家节制闸处的洪水流量和水位变化过程，为河道的规划设计和防洪调度提供了决策依据。     

黄河下游河道高含沙水流

黄河流经西北黄土高原地区,由于汛期暴雨集中,大片植被较差地区水土流失严重,形成浓度极高的含沙水流,一场洪水中的含沙量可高达1,500公斤/立米以上。这种高含沙水流在中游山陕区间和径渭洛河地区(图1)虽然是屡见不鲜的,但近年来已有逐步向下游扩展的趋势。1977年7、8月间,黄河中下游相继出现两场高含沙洪水,其含沙量在龙门、华县以下直至花园口河段均接近或超过历史最高记录(表1)。两场洪水的沿程冲淤变化十分剧烈。第一场洪水沿程不少河段发生了“揭河底”现象,小浪底至花园口河段刷成深槽,平均刷深1.0～1.5米。第二场洪水在此河段发生了水位、流量的异常变化,出现了“浆河”现象。这样大的高浓度含沙水流进入下游河道以后发     

波浪作用下斜坡沙质海床上桩柱周围局部冲刷试验研究

在斜坡上桩柱引起的局部冲刷与平底条件下产生的冲刷存在差异。布置中值粒径为0.320 mm、坡度为1:16的斜坡沙床,开展规则波作用下桩柱周围的局部冲刷试验研究。试验主要考虑小Keulegan-Carpenter数（KC数）条件,探讨了波高、波周期和桩柱位置对局部冲刷的影响,并从最大冲刷深度和冲刷形态两个方面对比分析了斜坡与平底条件局部冲刷的异同。结果表明:斜坡上桩柱位置对局部冲刷有较大影响;在相同的KC数条件下,斜坡沙床上的最大冲深大于平底沙床;斜坡沙床的清水冲刷形态与平底沙床差异较大,而浑水冲刷形态相似。     

斜向波作用下海底管线周围床沙组成变化

海底管线周围的不平衡输沙影响着海底管线的局部冲刷,进而影响海底管线的安全运营。基于波浪港池实验,考虑规则波的作用,采用中值粒径为0.219 mm的原型沙铺设与波浪传播方向成45°夹角的斜坡,斜坡坡度为1∶15,研究管线局部冲刷坑床沙组成变化情况。实验结果表明:与冲刷深度随时间的发展类似,冲刷宽度随时间的发展也分为初级阶段和次级阶段;管线周围床沙粗化程度最高的地方并不在管线的正下方,而在管线的后下方;周期增加,冲刷坑床沙粗化程度增大;与原始床沙相比,周期较小时,冲刷坑下方床沙细化,周期较大时则粗化,而波高对床沙扰动的影响具有不稳定性。     

Geologic implications and potential hazards of scour depressions on bering shelf,Alaska

Flat-bottomed depression 50–150 m in diameter and 60–80 cm deep occur in the floor of Norton Sound, Bering Sea. These large erosional bedforms and associated current ripples are found in areas where sediment grain size is 0.063–0.044 mm (4–4.5 φ), speeds of bottom currents are greatest (20–30 cm/s mean speeds under nonstorm conditions, 70 cm/s during typical storms), circulation of water is constricted by major topographic shoals (kilometers in scale), and small-scale topographic disruptions, such as ice gouges, occur locally on slopes of shoals. These local obstructions on shoals appear to disrupt currents, causing separation of flow and generating eddies that produce large-scale scour. Offshore artificial structures also may disrupt bottom currents in these same areas and have the potential to generate turbulence and induce extensive scour in the area of disrupted flow. The size and character of natural scour depressions in areas of ice gouging suggest that large-scale regions of scour may develop from enlargement of local scour sites around pilings, platforms, or pipelines. Consequently, loss of substrate support for pipelines and gravity structures is possible during frequent autumn storms.     

Shallow erosion beneath turbidity currents and its impact on the architectural development of turbidite sheet systems

Erosion by turbidity currents changes the morphology of the sea floor. The relief of the scoured surface may affect the dynamics of the flow and thereby the pattern of deposition; this could, in turn, affect flow and deposition patterns in subsequent events. This study investigates shallow, centimetre to decimetre scale erosion beneath turbidite sheet sandstones of the Oligocene Macigno Formation of North‐west Italy, where erosion and deposition are variably coupled at the bed scale in a net‐aggradational setting. The research focus was on: (i) the recognition of scour edges and erosive surfaces; (ii) quantification of spatial differences in the amount of erosion; and (iii) an investigation of how this differential erosion can be compensated by the deposits directly overlying the erosional surfaces. Where they can be observed, scour edges commonly have sills of the overlying sandstone intruding beneath blocks and wings of the substrate that is being eroded. A consequence of this de‐laminating scouring style is that erosional surfaces are bedding parallel when followed away from the scour edges, giving the appearance of normal conformable bed bases. Despite their cryptic nature, such bedding‐parallel scour surfaces can be recognized by comparing serial detailed sedimentary logs (here, 16 bed‐parallel scour surfaces were identified in a succession comprising 95 beds). Different styles of compensation by the overlying turbidite beds are defined based on differential sedimentation inside and outside of the scour relief. It is found that differential erosion is on average under‐compensated by differential sedimentation. In some cases, the overlying deposits anti‐compensate, being thinner at the location where more erosion has occurred. Unequal spatial distribution of differential erosion in the study area combines with sedimentary under‐compensation to result in a trend of accumulating section thickness differences over multiple beds. In one ca 25 m thick package, the maximum cumulative change in lateral gradient during some 20 events reached 0·17°, before being reset by a single event. This process can be interpreted either as a lobe compensation effect, or as a scour enhancement effect, depending on the orientation of the palaeohorizontal datum. If allowed to proceed, the latter process could force the system past a channellization threshold, prompting a change from sheet to channelled architecture. This type of shallow substrate scouring and differential deposition is likely to be an important process in the build‐up of sheet turbidite sandstone units and could play a major role in autocyclic adjustment of local sea‐floor gradients.     

护底条件下淹没丁坝坝头局部冲刷试验

淹没丁坝是一种典型的航道工程整治建筑物,工程实施中坝头附近局部冲刷防护问题尤为重要。为研究护底条件下的淹没丁坝坝头局部冲刷特性问题,采用正态模型试验方法,重点研究了护底条件下淹没丁坝坝头局部冲刷坑形态、最大深度与护底宽度的变化响应规律,结果表明,护底条件下坝头局部冲刷坑位于护底边缘附近,当护底宽度小于20 m左右时,最大冲刷深度变化较小,但冲刷坑位置有所远离坝体,最大冲刷深度随着护底宽度的变化规律可用指数关系表达。基于量纲分析原理,建立了粉细沙河床护底条件下淹没丁坝局部冲刷最大深度计算公式。     

淹没植物明渠床面冲淤及其对水流运动的影响

植物的存在改变了河流水动力特性,造成独特的床面冲淤态势。利用实验室水槽模拟含淹没植物的河道,对床面形态和紊流统计特性参数进行测量,研究不同类型紊流作用下的床面冲淤特征以及床面起伏对流动的影响。结果表明:床面剪切紊流条件下,床面形态为马蹄坑-沙沟/沙脊与沙波复合分布,床面变形加剧了流速沿水深不均匀分布并促进水流动量交换;在自由剪切混合层紊流条件下,床面形态为植物根部马蹄形冲坑及其后方沙沟、沙脊交错分布,床面变形对流动的影响并不显著;“类二重紊流”条件下,床面形态同样表现为马蹄坑-沙沟/沙脊-沙波复合,床面变形促进植物层内部的水流动量交换、抑制紊动清扫,抑制植物层外部的动量交换、促进紊动喷射。     

砂土中考虑冲刷的水平受荷桩等效应变楔方法

冲刷引起桩周土体的损失,研究冲刷效应对桩基水平承载特性的影响非常必要。基于桩前土体楔形受力的应变楔方法可以推导桩侧p-y曲线,进而分析水平受荷桩的受力变形特性,但只适于地表水平的情况。基于冲刷坑坑底以上土体的自重荷载对楔形体的开展范围进行深度等效,建立了冲刷条件下砂土中水平受荷桩的等效应变楔方法。通过与文献对比,验证了该方法的可行性。研究结果表明：冲刷深度增加,冲刷坑底宽度增大及冲刷坡角减小均会降低桩基水平承载性能。与仅考虑冲刷引起的桩侧极限抗力削弱的简化方法相比,本研究得到的桩基最大弯矩偏小。将冲刷坑底以上土层全部剥蚀的做法,忽略了冲刷深度内的土层作用,计算结果会偏于保守。     

矮堰基础冲刷研究进展

矮堰基础附近冲刷坑的深度是矮堰设计的重要参数,关系到建筑物的稳定与安全。系统回顾了国内外80余年关于矮堰基础冲刷的研究进展,阐述了矮堰基础冲刷的分类和机理,从物理模型试验、理论分析和数值模拟3个方面评述了研究现状和存在的不足。目前矮堰基础冲刷较为成熟的成果多集中于二维矮堰非淹没式清水冲刷方面,以物理模型试验方法为主,对于三维矮堰结构的动床冲刷、非冲积原状土床沙成分组成的影响、行进沙波与冲刷过程的耦合关系、浑水冲刷过程数值模拟技术等问题研究还有待深入。     

波流作用下大直径淹没圆柱局部冲刷试验研究

水下大直径淹没圆柱在波流共同作用下的冲刷特性与非淹没情况有较大差别。在波流水槽中开展局部冲刷试验,将大直径淹没圆柱模型安装在中值粒径0.22 mm的平底沙床内,改变波浪波高和周期、水流流速和方向、圆柱淹没率,测量圆柱周围流速变化,记录柱周冲深发展历时,运用激光地形仪测量冲刷坑的地形形态,分析了淹没率S_r和相对高度h_c/D对准平衡冲深的影响。结果表明,相同入射波流条件下,随相对柱高h_c/D降低,冲刷发展速率、冲坑半径和深度都随之减小。当相对柱高h_c/D>1时,冲深随柱高增长速率较快直至达到临界值。准平衡冲刷坑呈"倒勺状",沿圆柱左右两边呈对称分布,柱前呈半环状;圆柱正后方淤积成"马鞍状"沙丘。     

射流掺气对水垫塘及坑底压强影响的实验研究

通过对射流掺气与不掺气时,水垫塘底板及冲坑底部脉动压强的对比试验,研究了掺气对水垫塘及冲坑底部压强特性的影响。结果表明:在冲坑未形成前,掺气使水垫塘底板上射流冲击区的脉动压强增加;无论是否掺气,滞点时均压强的量纲一分布遵从相同的规律,底板量纲一时均压强分布存在很好的自模性,且与气体冲击射流的压强分布具有相同的规律。冲坑形成后,掺气不再明显增大冲坑底部的脉动压强,掺气后,坑底脉动压强没有明显的变化。