淮河中游各段造床流量的分析确定

淮干中游河段是淮河河道治理的重点河段。目前，关于中游河道的各项整治工程有的已陆继展开，有的正在加紧规划设计。作为当前规划设计或将来河道演变趋势观测的依据，有关该河段的河道特征及一些基本特征参数的研究越来越受到有关各方的重视。河道造床流量是指其造床作用相当于河段整个水沙过程的综合造床作用的一个流量参数，反映河段内水沙特性和河床边界条件相互作用的综合特征，无疑是河道整治工程、河床演变规律研究中的一个十     

多沙河流造床流量研究

在综述和分析前人有关造床流量研究成果的基础上,根据多沙河流的特点,提出了一种适用于多沙河流造床流量计算的水沙综合频率法.通过黄河、永定河水沙资料的分析,结果比较合理.     

三峡水库运用后长江中下游造床流量变化及其影响因素

随着三峡水库的运用,其下游的造床流量发生变化,研究坝下游造床流量的变化特性及主要影响因素对河道的冲淤特性及河床演变机理研究有着重要意义。根据1981—2015年的资料,采用平滩水位法、马卡维耶夫法和流量保证率法计算三峡水库蓄水前后宜昌、枝城、沙市、监利、螺山、汉口、九江、大通各站的造床流量。结果表明:①马卡维耶夫法同时考虑了流量过程和输沙能力的影响,计算结果相对合理。②蓄水后各站造床流量减小3 000~6 000 m3/s,符合坝下游主要冲淤变形部位由平滩河槽调整为中枯水河槽的变化特性,反映了结果的合理性。具体来看,时间上,2009年以后造床流量的减小趋势更为明显;空间上,从绝对值来看,以监利站为转折点,从宜昌至大通呈先减小后增大的趋势。③造床流量对来水量和洪峰流量的响应较为敏感,与之呈正相关关系。     

长江下游干流南京至镇江河段水面比降分析

介绍了长江感潮河段水面比降的计算方法,并利用实测潮位资料计算长江下游干流南京至镇江河段水面比降,分析了长江感潮河段水面比降的特性.     

感潮河道区间入流反分析

区间入流是影响水动力模型精度的重要因素,实际的区间径流情况复杂难以量化。从反问题的角度出发,由基本方程导出区间入流校正量的解析表达式,应用数值离散方法,得到节点水位与区间入流的响应函数,根据实测的潮位资料建立区间入流的迭代求解方法。数值实验验证了方法的可行性,反问题的计算值与真值非常接近,模拟的确定性系数达到0.996。该方法应用于长江下游大通至镇江河段的水动力模型实例计算,得出了概化的区间入流过程,提高了模拟精度,验证了方法的有效性。     

文丘里法在河流流量推算中的应用

流量测验常见方法有常规水文缆道流速仪法、超声波时差法、声学多普勒流速(ADCP)、雷达波流速等,上述方法各有优缺点,适用于不同场合。文丘里现象被广泛用来测量封闭管道中单相稳定流体的流量,依据伯努利定律可知流速的增大伴随流体压力的降低,即受限流动在通过缩小的过流断面时流体出现流速增大的文丘里效应,根据该效应,可通过河段文氏等效,获得估算的天然河流水体流量。经实例验证,该方法计算精度较高,达到流量测验规范要求,可作为流量估算的一种辅助手段。     

长江中游城汉河段推移质输沙率计算公式

三峡水库蓄水运用后,城汉河段悬移质输沙量大幅度减少,推移质输沙量所占比重增加,造床作用日益凸显,故开展其推移质输沙率计算公式研究具有理论与实际意义。利用螺山和汉口水文站实测资料建立了推移质输沙率与流量之间的指数关系式,并据此推算了两站逐日推移质输沙率,结果表明:螺山站、汉口站输沙率均与流量的0.912 78次方成正比,多年（2009—2015年）平均推移质输沙量分别为137万t、152万t,主要集中在汛期。利用推移质实测资料对Engelund、Einstein、Yalin 3个公式进行了检验与修正,结果表明:修正前各公式计算结果比较分散,且与实测值偏差很大;修正后各公式计算精度显著提高,综合比较发现,修正后的Yalin公式精度最高,Engelund公式、指数关系式次之,Einstein公式精度相对较低。因此,修正后的Yalin公式更适合于城汉河段推移质输沙率计算,可用于该河段的演变分析与数学模型计算。     

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整,对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制,分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽,其变化占整个平滩河槽的90%以上,且基本河槽冲刷加剧;断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上,通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系,发现螺山、汉口两站流量分别为29000~31000 m 3/s、31000~33000 m 3/s时,河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大,因此,可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后,该流量级以下的水流累积造床作用凸显,是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因;同时,受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响,河槽冲刷加剧。     

三峡水库蓄水后下游河道悬沙恢复效率

受诸多因素影响,枢纽下游不饱和水流冲刷过程中悬移质泥沙含沙量沿程恢复非常复杂。为了进一步弄清枢纽下游悬沙沿程恢复的规律,本文引入含沙饱和度及饱和度恢复效率系数分别描述悬沙恢复的程度和效率,基于宜昌—大通河段的实测水沙资料,分析悬沙恢复效率的变化趋势及其影响因素,并建立计算饱和度恢复效率系数的经验公式。结果表明：(1)三峡水库下游河道不同河段的恢复效率随时间未出现一致的趋势性变化,但总体上沿程减小,其中单位河长内悬移质全沙的恢复程度在枝城—沙市河段最大、在螺山—汉口河段最小,相差约23倍;(2)含沙饱和度、床沙补给强度以及流量等影响悬沙恢复效率,饱和度恢复效率系数随进口含沙饱和度的增大而减小,随床沙补给强度的增大而增大,床沙补给强度为正时饱和度恢复效率系数随流量的增大而减小、床沙补给强度为负时随流量的增大而增大;(3)基于饱和度恢复效率系数与进口含沙饱和度、流量以及床沙补给强度的关系,建立了计算河段出口悬移质全沙以及各粒径组悬沙含沙量的经验公式。     

黄河内蒙古河段平滩流量与有效输沙流量关系

从水沙组合的角度出发,建立了基于水沙二维向量组合的频率统计方法,并在此基础上提出了有效输沙流量的计算方法。根据黄河内蒙古河段巴彦高勒站1954-2006年日水沙资料及汛后平滩流量资料,采用上述有效输沙流量计算方法计算得到了各年有效输沙流量及相应含沙量组合,进而分析了平滩流量与有效输沙流量及有效来沙系数之间的关系。结果表明,巴彦高勒站平滩流量调整分别受到包括当年在内的前期12年来水来沙条件的影响。     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少，河道面临长距离、长历时的冲淤调整，河道蓄泄关系发生变化，对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上，对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下，遇1954年洪水，长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明，未来随着长江中下游河道进一步冲刷，河道槽蓄容积增加，相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大，三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大，总拦蓄洪量减小，长江中下游地区总超额洪量减小，但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少,河道面临长距离、长历时的冲淤调整,河道蓄泄关系发生变化,对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上,对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下,遇1954年洪水,长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明,未来随着长江中下游河道进一步冲刷,河道槽蓄容积增加,相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大,三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大,总拦蓄洪量减小,长江中下游地区总超额洪量减小,但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

Preissmann隐式格式在分汊和环状河道中的应用

环状河道在平原地区水系中非常常见,分汊河道也较常见,对这两种河道基于Preissmann格式的水流计算提出了可行的方法。对圣维南方程组进行离散后,用追赶法对各河道进行演算,由水量平衡原理对各结点进行计算,就可求得河道各断面的水流情况。用长江下游江阴至青龙港及杨林段河道的实例进行计算,取得了较为理想的效果。     

长江中游动床阻力计算

动床阻力计算是水沙数学模型中的重要研究内容。三峡工程运用后，进入长江中游河段的沙量剧减引起河床冲刷及床沙粗化，导致动床阻力的变化特点更复杂，有必要研究长江中游动床阻力的计算方法。采用长江中游枝城、沙市及汉口等5个水文站2001—2012年的1 266组实测数据，选取弗劳德数（Fr）和相对水深（h/D₅₀）作为动床阻力计算的主要影响因子，建立基于水流能态分区的动床阻力公式并利用多元非线性回归的方法率定相关参数，采用长江中游上述5个水文站2013—2017年的651组实测数据对公式进行验证。结果表明：① 长江中游的动床阻力主要处于低能态区和过渡区；② 基于水流能态分区动床阻力公式的计算精度明显高于现有阻力公式，决定系数（R²）约为0.89，阻力系数n的计算偏差小于±30%的数据达97.7%。     

长江中游动床阻力计算

动床阻力计算是水沙数学模型中的重要研究内容。三峡工程运用后，进入长江中游河段的沙量剧减引起河床冲刷及床沙粗化，导致动床阻力的变化特点更复杂，有必要研究长江中游动床阻力的计算方法。采用长江中游枝城、沙市及汉口等5个水文站2001—2012年的1 266组实测数据，选取弗劳德数（Fr）和相对水深（h/D₅₀）作为动床阻力计算的主要影响因子，建立基于水流能态分区的动床阻力公式并利用多元非线性回归的方法率定相关参数，采用长江中游上述5个水文站2013—2017年的651组实测数据对公式进行验证。结果表明:①长江中游的动床阻力主要处于低能态区和过渡区；②基于水流能态分区动床阻力公式的计算精度明显高于现有阻力公式，决定系数（R2）约为0.89，阻力系数n的计算偏差小于±30%的数据达97.7%。     

实时校正中的旁侧入流反演方法

在水文与水动力学相结合的预报模型中,对于水文模型计算有误差,造成水动力学区间旁侧入流与实际不吻合情况,依据水量平衡原理,对旁侧入流进行反演校正。采用四点线性隐格式求解圣维南方程组,结合卡尔曼滤波技术建立以水位、流量作为综合状态量的卡尔曼滤波状态空间方程。采用反问题的思想把校正后的水位、流量不平衡量反馈到旁侧入流中,修正原有的区间来水量,进而修正预报期的旁侧入流。选择长江干流寸滩至万县河段,以及长江下游大通至镇江段进行演算,分别采用三峡水库135m蓄水阶段的水文资料和1998年水文资料进行6h洪水预报,结果表明旁侧入流反演校正方法是可行的。     

长江中下游河道采砂对入海泥沙的影响

河道采砂可对河道的稳定性、航运安全、生态环境等造成重要影响。河道采砂可能会增加河流的输沙,也可能会减少河流的输沙。长江中下游河道的采砂量虽然很大,但却不是导致入海泥沙减少的主要原因,由河道采砂引起的河流输沙减少的相应比例应该不到采砂量的10%。汉口站和湖口站的来沙减少是造成大通站输沙减少的最主要原因。     

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。     

长江口北支河槽容积变化特征的定量分析

北支河槽容积变化是北支河道演变趋势在定量上的直接表现,河道边界条件和河床泥沙运动是影响河槽容积变化的主要因素。收集1986—2013年长江口北支河道年实测地形资料,利用GIS技术建立不同时期水下数字高程模型,进行北支河槽容积变化和河床冲淤变化特征分析。结果表明,北支岸线圈围和泥沙淤积导致了1986年以来河槽容积萎缩。北支河槽0m线以下容积共减少约7.110亿m3,岸线圈围引起河槽容积减少4.000亿m3,占比56.3%;泥沙淤积引起的河槽容积减少3.110亿m3,占比43.7%。具体而言,北支上段河槽容积萎缩主要是泥沙淤积所致,其航道开发综合利用应遵循上段的泥沙运动规律特点;中段则是边滩圈围和沙洲并岸引起,边界调整后束流作用加强,河床冲刷,断面形态调整后水深条件更加有利于中段的航道利用开发;下段是泥沙淤积和边滩圈围共同影响所致,泥沙淤积影响略大,但下段沿北岸-5m深槽始终存在且稳定,具备航道开发利用的河势基础,且南侧河道边界仍具有可圈围的余地。     

淮河入江水道归江控制河段行洪能力分析

淮河入江水道是淮河流域的主要行洪通道,承泄上中游70%以上的洪水入江。以淮河入江水道归江控制主要口门万福闸、太平闸、金湾闸近60年期间的实测资料,通过水位、流量、流速等要素分析淮河入江水道归江控制河段行洪能力的变化,以丰水年年最大流量和相应最高水位的关系曲线推求设计水位下的流量,并与设计流量进行比较。结果表明:(1)淮河入江水道归江控制河段行洪能力多年来无显著变化;(2)万福闸的实际行洪能力达到设计标准以上,太平闸、金湾闸基本达到设计要求。