水位流量关系分析中落差指数的直接解算

受洪水涨落和回水顶托影响的水位流量关系一般为复杂的时序型绳套曲线,通常可用落差指数法作单值化处理.但由于落差指数法需经反复试算,给电算带来不便.提出了落差指数直接解算的数学模型,并应用于长江中游螺山站的水位流量关系分析中.     

基于神经网络理论的河道水情预报模型

河道水流运动过程特别是洪水演进过程是一个复杂的非线性动力学过程,鉴于神经网络具有很强的处理大规模复杂非线性动力学系统的能力,本文将神经网络理论用于河道水情预报的研究,以期识别水流运动变化过程与其影响因子之间的复杂非线性关系,为河道水情预报提供了一条新的途径。在此基础上建立了螺山站洪水预报的非线性动力学模型,通过分析研究得出近年来特别是1998年长江中游出现的小流量高水位现象与螺山汉口河段累计淤积有关并得到螺山站水位变化与河床淤积之间的定量关系。     

考虑回水顶托影响的水位预报研究

将有回水顶托影响的河段视为多输入-单输出系统,把水位过程视为时间序列,用时间序列分析最优控制理论,建立了可考虑回水顶托影响的水位过程预报模型。提出了在棱柱形河道情况下,以时段水位涨差作变量时,模型中各参数应满足的物理性约束条件;较好地解决了长江荆江河段中受回水顶托影响的石首站的水位过程预报问题,为水位过程预报提供了一条不同于水文学途径和水力学途径的建模途径。     

洞庭湖入汇对荆江河段水位的顶托程度与范围

洞庭湖入汇对长江干流水位的顶托作用影响着荆江河段的水文情势变化,分析其变化特征对研究长江中下游防洪安全问题具有重要意义。为揭示汇流顶托作用的程度与影响范围,本文基于1990—2020年荆江河段水位流量关系与洞庭湖汇流比,提出洞庭湖入汇顶托程度的量化方法,构建计算顶托程度的随机森林回归模型,分析顶托程度主要影响因素的重要性。结果表明：(1)洞庭湖入汇顶托程度与汇流比呈显著正相关关系;顶托程度随干流流量增大而增加,2003—2020年枯水、中水和洪水流量级监利站水位受顶托程度平均为0.59、1.33和1.60 m;顶托最大影响范围随干流流量与汇流比增大向上游延伸。(2)随汇流比增大,在2020年干流枯水、中水和洪水流量级下,顶托最大影响范围的延伸区间分别为石首—沙市、石首—陈家湾和陈家湾—枝城;汇流比、荆江段累计冲刷深度、螺山水位及干流流量对顶托程度变化的重要性占比分别为28%、27%、25%和20%。(3)构建的顶托程度计算模型在不同流量级都能够较好地计算荆江河段水位的顶托程度并确定顶托影响范围。     

清水冲刷条件下长江中游沙卵石河段局部卵石淤积成因

为探究三峡水库持续下泄清水条件下长江中游沙卵过渡段内卵石局部冲刷、搬运和淤积现象的成因，采用近期水文、泥沙和地形观测资料，结合河道平面二维水动力模型，计算了研究河段内各级流量下的泥沙起动粒径分布，分析了上游来流、下游水位变化的影响，辨析了河床冲淤的成因。结果表明:① 45 000 m3/s以上流量时，粒径大于30 mm的卵石可沿洪水主流带连续搬运；流量低于15 000 m3/s时，大粒径卵石只能沿枯期主流在浅滩河段局部搬运；流量介于两者之间时，水流对大粒径卵石的输移动力相对较弱。②三峡建库后，洪水量级削减而枯水天数增多，不利于卵石长距离下移，而水位下降不断溯源传递，促使枯水流路上原本稳定的区域开始冲刷。③局部淤积现象由枯期水动力增强所导致，与长江中游沙卵过渡段特殊的地貌和沉积环境有关。卵石局部冲淤调整可能在河段内多个位置长期存在，需引起关注。     

黄河下游辫状、弯曲和顺直河段间沉积动力特征比较

黄河下游沿程出现了辫状、弯曲和顺直河型段,河道平面形态的差异势必受到不同的沉积动力特征的制约。本研究根据对收集到的有关实测资料的统计和计算,对可以表征河道沉积动力特征的相关指标进行了量化分析,发现不同河型段间的沉积动力特征存在明显差别。河道比降在辫状河段最大,介于0.2‰~0.14‰之间;弯曲河段的次之,介于0.14‰~0.10‰之间;顺直河段的小于0.10‰。平滩流量时的流速在辫状河段的较大,不同年份间的变幅较大;弯曲河段的次之,不同年份间的变幅较小;顺直河段的最小,不同年份间的变幅不大,并向下游显著减小。单位河长能耗率在辫状河段最大,弯曲河段次之,顺直河段的最小,其间的比值为2.31∶〖KG-*2〗1.35∶1。单位面积能耗率在辫状河段最小,弯曲河段最大,顺直河段次之,其间的比值为0.52∶〖KG-*2〗1.18∶〖KG-*2〗1。河床沉积物粒度较细,并普遍缺失推移质组分,中值粒度在辫状河段、弯曲河段和顺直河段分别为3.0、3.2、3.67;河床沉积物的分选性也依次变好。受制于上述相关沉积动力特性,河床沉积速率在不同河型段有明显差别:中大流量时,辫状河段的最小,弯曲河段的最大,顺直河段的次之;在小流量时,三个河型段的河床沉积速率非常接近,但沿程略有减小。另外,辫状河段河床沉积速率明显依赖于流量的变化,且随流量的增大而明显减小。     

黄河口尾闾段河床形态调整及过流能力变化

为全面描述黄河口尾闾段的河床形态调整及过流能力变化,采用河段平均的计算方法,确定了尾闾段(利津—西河口)1990—2016年汛后断面及河段尺度的平滩特征参数,分析河段平滩河槽形态调整特点、河段平滩流量变化过程及其与累积河床冲淤量的关系。结果表明:近30年来黄河尾闾段的河床形态调整过程较为复杂,河相系数在1990—2003年呈振荡式升高,2003年以后持续减小,说明断面形态朝窄深方向发展;平滩流量变化与河段冲淤过程密切相关,淤积时平滩流量减小,反之则增大;建立这些河段平滩特征参数与利津站前4年汛期平均水流冲刷强度的幂函数关系,且相关系数均大于0.8,说明黄河口尾闾段河床形态调整及过流能力变化能较好地响应利津站水沙条件的改变。     

复式断面水位~流量关系计算中曼宁公式不同形式的对比分析

以渭河下游华县水文站实测水位~流量点据为验证资料,对比分析单一河槽法、滩槽垂直分割法和全断面分割法三种不同形式曼宁公式在复式河段的适用性,结果表明单一河槽法及滩槽垂直分割法未充分考虑滩槽水流动量交换的特点,计算流量值在平滩水位处出现跳跃现象,不符合天然复式河段水位~流量关系的变化规律,而全断面分割法将断面分割为多股水流然后分别累加各子断面流量,计算成果基本反映天然复式河段水位~流量关系的变化规律,建议复式河段水位~流量关系计算采用全断面分割法。     

三峡工程坝址水位流量关系分析检验

长江三峡水利枢纽坝址位于葛洲坝水库常年变动回水区,水位流量关系较为复杂。分别从水文学和水力学途径分析了坝址水位流量关系,并用１９９６￣１９９７年汛期和截流期实测资料进行了检验。结果表明,与实测点据吻合较好。     

变动回水影响下的水位流量过程对应关系分析

闸坝变动回水影响的河道,其水位流量过程对应关系非常复杂,与来水量大小、闸门启闭、蓄泄量有关,因而存在着反峰、错峰、多峰对应等关系。以水量平衡原理为基础,分析推导了定量关系式,讨论了不同条件下的水位流量变化过程。结果表明,受闸坝变动回水影响的河段,不仅要增加测流次数,还要了解来水情况及闸门启闭条件。该分析结果可作为闸坝变动回水影响河段的流量测验、整编、分析及合理性检查等参考借鉴。     

近期黄河下游河床调整过程及特点

利用黄河下游1999-2005年的实测水沙及断面资料,分析了近期下游(铁谢至利津河段)河床调整过程及特点,具体表现为:小浪底水库运行后,黄河下游河道出现持续冲刷。其中,游荡型河段的冲刷量占下游总冲刷量的77%,单位河长的冲刷量在高村以上河段最大,孙口以下河段次之,高村至孙口河段最小;各河段主槽横断面形态调整均表现为向窄深方向发展;河床在冲刷过程中,主槽纵比降变化不大,其纵剖面形态自1855年以来均为下凹曲线,其凹度值随河床冲刷而略有增大;汛期深泓摆动幅度在游荡段最大,在弯曲段较小;随河床冲刷,下游平滩流量增加,但断面平滩流量与河段平滩流量的增加程度不同;因床沙显著粗化,不同河型河段的河床纵向稳定程度随冲刷均增加,而河床横向稳定程度在游荡段变化不大,在过渡段及弯曲段有所增加。     

清水冲刷条件下长江中游沙卵石河段局部卵石淤积成因

为探究三峡水库持续下泄清水条件下长江中游沙卵过渡段内卵石局部冲刷、搬运和淤积现象的成因，采用近期水文、泥沙和地形观测资料，结合河道平面二维水动力模型，计算了研究河段内各级流量下的泥沙起动粒径分布，分析了上游来流、下游水位变化的影响，辨析了河床冲淤的成因。结果表明：① 45 000 m³/s以上流量时，粒径大于30 mm的卵石可沿洪水主流带连续搬运；流量低于15 000 m³/s时，大粒径卵石只能沿枯期主流在浅滩河段局部搬运；流量介于两者之间时，水流对大粒径卵石的输移动力相对较弱。② 三峡建库后，洪水量级削减而枯水天数增多，不利于卵石长距离下移，而水位下降不断溯源传递，促使枯水流路上原本稳定的区域开始冲刷。③ 局部淤积现象由枯期水动力增强所导致，与长江中游沙卵过渡段特殊的地貌和沉积环境有关。卵石局部冲淤调整可能在河段内多个位置长期存在，需引起关注。     

雅鲁藏布江大拐弯地区河流水位日变化时空分异特征

径流(或水位)日变化是反映河流水文情势的重要方面,解析径流(水位)日变化特征有助于明晰河流水文动态过程和规律,揭示径流来源和产汇流机制。以藏东南雅鲁藏布江大拐弯地区的易贡藏布、帕隆藏布、曲宗藏布、拉月曲、金珠曲和白马西路河为对象,基于典型河段2022—2023年小时分辨率实测水位数据,采用数理统计和表征参数分析河流水位日变化时空分异特征,并结合降雨、冰川/积雪数据探究河流水位日变化影响因素。结果表明：研究区河流水位日变幅在汛期多高于非汛期,日水位数据分布在汛期多呈正偏(均值大于中值),汛后多呈负偏(均值小于中值);除白马西路河外,各河段水位日涨落过程在非汛期相对于汛期有所延迟,且汛后延迟趋势更明显;汛期各河段日水位上涨历时均小于回落历时,非汛期则多相反(拉月曲和金珠曲除外);白马西路河水位日变化主要受降雨过程扰动,而其他河流水位日变化主要受冰雪消融过程影响。     

洞庭湖区与城陵矶水位关联性的临界特征分析

采用典型测站观测资料与水力学原理相结合,分析不同情况下城陵矶水位与洞庭湖区水位关联性强弱转化的机理和临界条件以及三峡水库对其影响等问题。理论解析表明,固定流量下,湖区水位与城陵矶水位相关关系应为单调指数函数,受到区间距离、湖槽形态等多因素影响,据此提出和率定了各湖区水位的经验计算模式。利用经验计算模式对实测数据进行延展,构建了各种可能出现的湖区来流和干流水位组合下的湖区水位特征曲线族,发现湖区水位与城陵矶水位之间的关联强度存在无影响区、影响区和决定区等状态区间,通过对临界条件的定义和计算,实现了各状态区间的定量划分,并提出了各状态区间内洞庭湖区水位的估算方法。通过对三峡水库蓄水后湖床冲淤和水文条件变化的影响分析,论证了以上方法和认识在水库蓄水后的适用性。     

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。     

BP神经网络模型拟合受回水影响的水位流量关系研究

对受回水影响的水文测站的水位流量关系采用核水文渊站的水位及其与下游形成回水处的水文测站之间的落差作为输入建立BP神经网络模型进行拟合.结果表明,BP神经网络对受回水影响的水位流量关系拟合效果好,可以进行推广应用.     

荆江近岸河床演变对水沙条件的响应探讨

近岸河床的变化对于险工段河势稳定、护岸及堤防的安全产生影响。1990年代以来,尤其三峡水库蓄水运行后,上游来沙大幅减少,荆江河床普遍发生了冲刷,近岸河床发生了相应调整。主要结合荆江河段近岸河床监测资料及已有分析成果,从三个方面分析近岸河床演变对水沙条件变化的响应,一是近岸河床冲刷坑特征值与水沙条件的关系;二是近岸岸坡稳定性对水位变幅的响应程度;三是近岸河床平滩河道形态尺度对水沙过程的响应程度。通过计算分析得出近岸河床特征值与水沙定性及定量的关系。     

基于能量耗散关系的黄河内蒙段河床形态调整分析

从河流能量耗散角度研究河床形态调整规律,引入河流功与纵、横向能坡等指标,对50年实测资料进行了研究。黄河内蒙河段受上游水库影响,出现如漫滩洪水减小等水沙过程变化,导致河床宽深比增大,平面活动性增强。在河床形态调整过程中,受水库运用影响的来沙系数与河相系数之间、主槽摆动速率与水沙特征值之间均存在密切联系。分析该河段断面形态变化、平面摆动特性与能量耗散的关系表明:反映河流功的径流量及其过程对河槽过流面积的塑造有直接影响;径流因子与河床形态因子间的相关性受河流能量耗散结构的制约;在研究河段,与来沙系数S/Q有关的河流总功率跟与河段平面摆动速率、月径流离差系数有关的能量分配耗散组合,在不同时期总保持近似制衡关系。     

落差指数法在新沂河沭阳站上的测流研究

新沂河沭阳水文站测流断面基本稳定,但受洪水涨落和变动回水综合影响,水位流量关系较为复杂而非单一线关系,本文采用落差指数法使水位流量关系达到单值化.用编程进行落差指数α优化计算.     

对受洪水涨落影响的水位流量关系单值化的探讨

在水文资料整编时，发现受洪水涨落影响的水位流量关系与单值化后的水位流量关系线有一定的关系，推导并证明了实测流量与单值化流量关系的计算公式△Q＝Q＝Q0＝KQ，利用这一公式对受洪水涨落影响的水文资料进行了值化处理，效果较好。