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。     

船闸泄水作用下引航道中动水冲沙规律

结合工程实际,研究利用船闸泄水进行下游引航道清淤,对减少清淤成本、提高通航效率有着重要的工程价值。建立枢纽及船闸下游引航道的二维水沙数学模型,采用已有模型试验对水流场和泥沙场进行验证。研究引航道及口门区的泥沙淤积规律,在此基础上,分析船闸输水系统的水力特性,研究了不同冲刷流量、冲刷时间和初始淤积厚度下引航道及口门区的冲刷效果,得出船闸泄水量与引航道及口门区最大淤积厚度的关系。结果表明,在同一初始淤积地形和冲刷流量下,引航道及口门区的最大淤积厚度与冲刷时间呈线性变化,冲刷流量越大,泥沙厚度下降的斜率越大。淤积厚度低于一定值后,随冲刷时间的增加,冲刷效果开始减弱。     

卵石沙洲发育与冲刷试验

沙洲是塑造分汊型河道最重要的形态因子,其发育与蚀退由于上游来水来沙变化呈现冲淤交替,从而影响分汊河道输水输沙平衡.通过单个卵石沙洲的淤积和冲刷试验,揭示不同加沙速率、粒径和来流量条件下,沙洲淤积和冲刷规律,并建立简化理论模型分析沙洲淤积速率.结果表明,4组加沙试验中,分流点后出现明显淤积下延至洲头,左汊和右汊成为输沙通道,洲尾中心线两侧的左右汊道有泥沙淤积,洲尾未出现淤积.7组清水冲刷试验中,洲头最先承受冲刷和蚀退,并沿洲体冲刷延伸,洲头冲刷的泥沙沿左右汊水流带到下游,洲尾未出现明显冲刷.卵石沙洲以洲头淤积为主导发育模式,泥沙粒径、洲头坡角和分流角是决定淤积速率的关键因子.     

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。     

水库拦沙期黄河下游洪水冲刷效率调整分析

分析了三门峡水库和小浪底水库拦沙期黄河下游低含沙量洪水的冲刷效率,结果显示:水库拦沙期黄河下游洪水的全沙冲刷效率在平均流量小于4 000 m3/s时随着洪水平均流量的增大而增大,当流量达到4 000 m3/s以后,冲刷效率随着流量的增大不再显著增加,基本保持在20 kg/m3。通过研究分组泥沙的冲刷效率,发现全沙冲刷效率在流量大于4 000 m3/s后细颗粒泥沙冲刷效率降低的幅度大于粗颗粒泥沙冲刷效率增加的幅度,河床细颗粒泥沙的补给能力对全沙冲刷效率具有决定性作用。建议在小浪底水库拦沙期,调控下泄流量使进入下游河道的洪水平均流量在4 000 m3/s左右,使黄河下游洪水的冲刷效率最大,从而实现利用有限的水资源产生最大的冲刷效益,增大下游河道的排洪能力。     

多因素变化对三峡近坝段浅滩演变的迭加影响效应

为探索三峡坝下游淤沙型浅滩冲淤特性突变的成因,结合芦家河河段较为系统的水沙输移和河床冲淤观测资料,从来水来沙变化、河势调整等多种角度,分析了多因素变化条件下的浅滩演变机理。结果显示:水库下游悬沙来量大幅减少导致分汊河道冲刷变形,促使洪水流路过流能力增强、浅滩冲淤转换的临界流量减小;三峡水库进入175 m运行期后,来流退水过程加快,泥沙输移更集中于汛期。以上变化更利于汛期浅滩淤积,不利于汛后浅滩冲刷,各种因素迭加作用下,导致浅滩条件在2008年前后发生阶段性变化。未来冲刷过程中,研究河段的浅滩淤积现象仍可能出现,类似问题在长江中下游其他的主流年内交替型汊道浅滩也同样值得注意。     

三维多波束系统在库区冲刷淤积计算分析中的应用

库区冲刷淤积是水工建筑的安全运行的直接威胁,目前检测方法相对落后。三维多波束系统是一套成熟的海洋测绘技术,由于内陆水电水利工程水下检查需求的特殊性、复杂性,暂未在该方面得到广泛应用。这里基于三维多波束系统检测的高精度水下地形数据,采用自编软件系统,建立DEM模型,对库区水下地形、冲刷淤积及三维成图进行计算分析与应用。结合现场实际情况,表明三维多波束系统在该方面的应用效果较好,可以精确计算库区冲刷淤积现状,建立三维数据基准库并实现三维可视化。     

长江下游落成洲河段洲滩联动关系与航道浅滩碍航机制

航道浅滩演变与边心滩形态调整具有强关联性,叠加河道冲淤不均衡性、上游河段冲刷供沙等综合影响,使得航道浅滩碍航机制更趋复杂。本研究以长江感潮段内落成洲河段为对象,通过1959—2021年洲滩形态、河床冲淤特征、水动力环境与浅滩碍航特性等分析,明确边心滩—浅滩演变联动关系、上游河床冲刷供沙及对浅滩演变的影响机制。研究结果表明：(1) 1981年以来落成洲河段所在的扬中河段由淤积转为1991年以来的持续冲刷,1981—2021年枯水河槽冲刷量为3.97亿m³,占洪水河槽冲刷量的95.9%;(2)三峡工程运行前嘶马弯道崩退—落成洲左缘淤积—三益桥边滩未发育,即嘶马弯道崩退是洲滩联动演变的主要诱因;(3)三峡工程运行后至航道整治工程实施前的来沙量减少引起洲滩整体冲刷,落成洲冲刷为三益桥边滩提供了发育空间,逐渐淤涨的三益桥边滩与水沙条件共同使得落成洲冲刷和右汊冲刷发展,即三益桥边滩形态变化逐渐由被动淤涨转为洲滩联动演变的主因;(4) 1981—2010年三益桥边滩淤涨、落成洲洲头与左缘冲刷等决定着三益桥浅滩碍航程度,由于流域来沙量减少引起的河床冲刷使得碍航程度减弱,2011—...     

三峡工程动工以来葛洲坝水库河床演变分析

根据葛洲坝水库固定断面资料,分析了三峡工程动工前葛洲坝水库河道演变情况和水库冲淤特性,重点分析了三峡工程动工以来葛洲坝水库河床演变情况.认为,三峡工程动工以来葛洲坝水库冲淤特性保持不变;三峡工程施工对河道的影响主要集中在两坝之间一是大量的弃渣加大了某些年份两坝间河道的泥沙淤积,二是粗化了床沙的组成,其中以一期工程施工期影响最大,大江截流以后情况好转.三峡工程动工以来,水库累计冲刷量为3 616×104m3,主要集中在常年回水区河段,其中两坝间累计冲刷量为2 321.1×104m3.1998年特大洪水是水库冲刷的主要原因.     

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。     

分汊河流江心洲洲头冲淤概化模型

分汊河流的江心洲洲头是分汊河段分水分沙和泥沙冲淤的动态区域,其冲淤过程受来水来沙和地形条件变化呈现冲淤交替。通过几何概化洲头的浅滩逆坡和侧向顺坡,考虑逆坡促淤和顺坡分沙作用,建立洲头浅滩的推移质冲淤的概化模型,推导洲头由淤积转向冲刷的临界流量表达式。上游来流量增加,洲头淤积速率先增加到最大值后逐渐减少,直至达到临界流量,再转向冲刷。洲头淤积速率与上游水面纵比降和床沙粒径成正比,与浅滩逆坡、侧向水面比降与顺坡成反比。若其他条件相同,洲头浅滩形状越不对称和上游来沙量越小,越有利于冲刷。模型预测武汉河段天兴洲的临界流量范围与水文观测值较为接近,对其出现超过某个大临界流量仍出现淤积的特殊性,给出的新解释是天兴洲洲头的整治工程使得在大流量条件下洲头抵抗冲刷和阻挡作用促进泥沙淤积。     

长江九江段40年来河道演变的DEM研究

利用地理信息系统(GIS)与数字高程模型(DEM)技术,模拟了40年来长江九江段的冲淤过程,结果表明:1963-1972年,总体表现为淤积,淤积量为650.5万m3,平均淤积速率为65万m3/a。1972-2002年,总体表现为冲刷,冲刷量为2072万m3,平均年冲刷率为103.6万m3/a。1963-2002年,九江河床总体表现为冲刷,冲刷量为1497.7万m3。2003年与1963年比较,河床淤积区域主要在长江九江上段的近南岸区域、中下段的中间区域;冲刷区域主要在长江九江上段的中间及近北岸区域、中下段两岸的近岸区域。长江九江河段40年的演变是河床的边界条件、上下游来水来沙及人类活动耦合的结果。中下段南岸的不断刷深和南偏对九江的防洪带来更大的压力。     

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。     

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。     

澽河入黄段输沙量计算及泥沙淤积变化规律分析

澽河系黄河右岸的一级支流,发源于陕西省黄龙县黄龙山主脊冢字梁,自西北向东南流经黄龙、韩城两县(市),于韩城市芝川镇司马庙东汇入黄河,流域面积1 083 km~2。澽河入黄段因黄河洪水倒灌淤积,河床不断抬升,加之黄河主槽不断西移,导致澽河入黄口己上提2.50 km。通过对澽河入黄段河道输沙量进行计算,并对泥沙淤积规律进行分析,结果表明,实际产沙进入澽河的流域面积为119 km~2,年平均进入澽河河口段的泥沙量为6.77万m~3。澽河入黄泥沙量较小,对河道淤积影响不大,澽河下游黄河洪水倒灌段受黄河高含沙洪水倒灌影响,淤积明显,倒灌段以上河段冲淤平衡。为该河段治理工程建设、防汛工作和黄河流域同类型河流泥沙分析提供参考。     

弯曲河流斜槽裁弯模式与发育过程

结合遥感影像、野外调查和形态统计,深入分析斜槽裁弯现象,将其划分为切滩冲刷、串沟冲刷和主流顶冲3种模式。切滩模式发生于洪水期间主流水流动力轴线偏向凸滩后,形成漫流水流冲刷,极可能在边滩形成新的斜槽。切滩裁弯的形态统计表明,弯道曲率半径与平均河宽之比约2.92,分流角约54.8°。串沟模式是前期洪水漫过河湾内侧洪泛平原,漫滩水流冲刷形成若干串沟,后续洪水沿串沟继续冲刷,串沟逐步横向展宽和向下游侵蚀,直至形成新的河槽。主流顶冲模式是水流顶冲河湾内侧河岸,形成湾状缺口,后续洪水持续顶冲湾状缺口,直至上下游水流贯通,形成斜槽裁弯。     

江苏淤泥质潮滩剖面演变现场观测

为探究江苏中部沿海双凸型剖面演变特性,在江苏盐城川东港南侧潮间带布设了10个水准观测站,2012年9月至2013年11月对该潮滩剖面演变过程开展了现场观测.结果表明:该潮滩剖面呈现出双凸型特征,平均高、低潮位线附近的滩涂形成淤积率较高的地形凸点;潮间上带受潮流影响小,滩面高程相对稳定;平均高、低潮位之间的区域滩面高程季节性变化明显,总体呈现冲刷状态;潮间下带冲刷显著,滩面坡度增大.全剖面自岸向海呈现"稳定—淤积—稳定—淤积—冲刷"的双凸型剖面特征.     

黄河下游河道悬移质泥沙与床沙交换计算研究

在前人研究成果的基础上,根据挟沙水流任一粒径组泥沙在输移过程中质量守恒原理,建立了一维非恒定挟沙水流悬移质泥沙和床沙交换基本方程;通过引入平衡冲淤物粒径的概念,建立了河床处于淤积与冲刷时冲淤物粒径的计算公式,并提出了一套完整的一维非恒定挟沙水流悬移质泥沙和床沙交换计算方法。将该成果引入黄河下游一维扩展泥沙数学模型中,采用黄河下游1977年高含沙洪水与1999年汛后至2002年汛前冲刷系列进行了验证。结果表明,该方法能较好地模拟悬沙与床沙的交换过程,克服分组挟沙力方法的缺陷,使得非均匀沙计算理论上更加完善,应用上更加方便。     

黄河“揭河底”冲刷期河道形态调整规律

为准确预测和有效应对“揭河底”冲刷险情,通过大量挖掘相关水文站1950年以来的原始测验资料,结合概化模型试验,对“揭河底”冲刷期河道断面形态调整过程及洪水位变化情况进行了深入研究。结果表明,“揭河底”冲刷期河道形态调整具有明显的规律性。从过程看,一般可分为4个阶段,即“揭河底”前的一般冲刷阶段、河底高程基本不变阶段、胶泥块揭起河床快速下降阶段和“揭河底”后期持续冲刷阶段及回淤阶段。“揭河底”洪水与非“揭河底”洪水在水位表现上差别较大,非“揭河底”洪水水位流量关系曲线较为平缓,洪水前后水位变化过程呈明显的逆时针绳套;“揭河底”洪水水位流量关系曲线较为陡峭,水位变化过程呈明显的顺时针绳套,“揭河底”发生的瞬时,水位有一个明显的升高和快速下降过程。从流态看,水面紊动剧烈的地方位于发生“揭河底”位置的下游,这也是本次研究的一个重大发现。     

水力冲刷过程中塌岸淤床交互影响试验

在弯道水槽中展开系列试验,研究水力冲刷过程中非粘性岸坡冲刷崩塌与河床冲淤交互作用过程及其影响因素,进一步分析塌岸淤床泥沙贡献率。试验成果表明,水流冲刷过程中岸坡破坏是水流淘刷岸坡坡脚、岸坡崩塌及崩塌体淤积坡脚并在河床上输移掺混的交互作用反复循环过程。塌岸淤床模式及掺混程度与近岸流速、主流贴岸程度、水位及河床边界条件等关系密切。近岸流速越大、水位越高,岸坡总冲刷坍塌量、河床总淤积量以及河床累计淤积率也越大,稳定后的岸坡越趋平缓;河床可动程度越大,岸坡总冲刷坍塌量及其在河床上的总淤积量也越大,但河床累计淤积率却越小;水位越高,在弯道段等横向输沙强度较大的地方,岸坡冲刷崩塌体与河床发生掺混的程度也越大。