中国黄土分布区多沙曲流发育规律

依据中国黄土分布区多沙曲流的水沙资料、河床平面形态和河床大断面测量资料分析认为：多沙河流来水变率影响河床断面形态和曲流发育;由于窄深的河槽是高含沙水流输沙的必要条件和结果,因此随着含沙量的增加,多沙河流河床断面形态首先出现变窄深的趋势,随着含沙量的进一步增加,水流造床能力增大,河槽会向宽浅方向调整;一定的河床冲淤强度有利于曲流的发育,随着含沙量的增加,多沙河流河床曲率存在先增加后减小的规律。     

中国黄土分布区多沙曲流发育规律

依据中国黄土分布区多沙曲流的水沙资料、河床平面形态和河床大断面测量资料分析认为:多沙河流来水变率影响河床断面形态和曲流发育;由于窄深的河槽是高含沙水流输沙的必要条件和结果,因此随着含沙量的增加,多沙河流河床断面形态首先出现变窄深的趋势,随着含沙量的进一步增加,水流造床能力增大,河槽会向宽浅方向调整;一定的河床冲淤强度有利于曲流的发育,随着含沙量的增加,多沙河流河床曲率存在先增加后减小的规律.     

高含沙型曲流河床形成机理的初步研究

本文描述了在我国黄土高原宽谷中发现的含沙量超过100kg/m^3的曲流河床，并运用高含沙水流的作用对其成因进行了探讨。指出当水流进入高含沙范围时，水流能耗率大幅度降低，挟沙能力大大增加，这是促使河床向弯曲发展的主要原因。由于高含沙水流的稳定输送有赖于边界条件，故边界条件在这种曲流河床的形成中起了重要的作用。文中并讨论了这一地区游荡河型与弯曲河型的判别条件。     

山区河流准三维水沙输运与河床演变模拟

在渠道水力学和河流动力学研究的基础上，对不规则河流形态下的纵向流速分布和弯道水流进行了讨论，并分析了任意断面和垂线位置的流场计算公式。在综合各种泥沙动力学研究成果基础之上，探讨了在天然河流中的悬移质输沙能力与沉积条件，分析了河床质起动的控制性因素及推移质输沙方程。提出了受冲淤影响的河床质粒径组成和动态递推公式。结合这些流场与泥沙计算方法及河床形态调整技术，作者提出一个准三维河流动力学模型。该模型只需要河流几何形状、人流条件以及泥沙级配参数，能够模拟出不规则几何形态的河道断面流速分布及平面流场分布，并且对于弯道水流特征与泥沙输送一沉积特征也能得到较好的表现。该模型是对有关河流演变理论和实验成果的综合应用，为研究山区高含沙水流下的河床变形以及洪水演进提供了强有力的工具。     

宽变幅水沙两相流的冲淤双临界现象及其地貌学意义

通过黄土高原一些河流资料的分析，发现了宽变幅水沙两相流冲淤过程中的2个临界值，位于非高含水流区域中的临界点，可称之为冲淤下临界；位于高含沙水流区域中的临界点，可称之为冲淤上临界，水沙两相流冲淤的双临界现象，对珩多沙河流河道泥沙的输移有重要意义，随着含沙量的增大，排沙比先减小而后增大，2次与代表排沙比等于1的直线相交，这2个交点即分别对应于挟沙水流冲淤的下临界和上临界，运用所揭示的水沙两相流冲淤过程的双临界现象，可以对冲积河流河型的形成进行新的解释，以我国近百条冲积河流的资料为基础，点绘了年均悬移质输沙率与年均流量的关系，并以不同的符号来区分弯曲河型、游荡河型和高含沙曲流河型。结果表明，上述3种河型可以很好于被代表特征含沙量分别为C=60kg/m^3和C=3.3kg/m^3的2条直线所区分，这2个特征含沙量反映了河道水沙两相流冲淤的上、下临界值。     

前山河水力排污冲淤联合调度试验及效果分析

以排污冲淤为目的,改变原有水利工程设施的常规调度方式,通过水利工程设施的联合调度,大量引入西江磨刀门水道丰富和干净的水源,加大前山河河道内水流流速和流量,对河道进行排污冲淤,达到改善河道水质的目的。试验结果表明,试验排污效果好,水质得到明显改善;经过大流量冲刷,河床主槽加深,但在下游水闸关闭后,水流携带的泥沙在下游沉积,出口附近河床反而出现淤积;河道底质的变化与与河床的冲淤有很大关联,试验后,河道上游底泥受到冲刷,底质明显改善,下游出口段发生淤积,底质指标恶化。试验具有冲污效果好、见效快、投资省、运行成本低等优点。     

黄河上游沙漠宽谷段高含沙支流对干流的淤堵影响

黄河上游沙漠宽谷段支流——十大孔兑的高含沙洪水多次淤堵黄河干流,造成灾害。基于实测水文泥沙资料和模型试验手段对孔兑高含沙洪水特点、淤堵干流过程和交汇区沙坝形态进行了研究。结果表明：孔兑洪水具有陡涨陡落、持续时间短、洪峰流量大、含沙量高、输沙量大等特点;孔兑洪水形成沙坝、淤堵黄河的过程可分为形成、相对稳定和冲刷3个阶段,支流洪水量级较大,形成的沙坝规模较大,沙坝冲刷历时也较长;孔兑高含沙水流入黄交汇区水流结构分区包括壅水区、回流区、高流速带、剪切层等组成要素,沙坝淤积形态模式包括壅水区、回流区、回流区下游淤积体和交汇区输水输沙窄槽;基于沙坝淤堵判别方法以及实测和试验数据提出了孔兑入黄交汇区沙坝判别条件。     

黄河内蒙古河段冲淤演变及其影响因素

冲淤平衡的河流具有调整河床变形使之趋向不变形的特性,这种特性必然反映在河床横断面冲淤演变的趋势之中。据此,采用横断面冲淤指标跟踪计算法生成黄河上游巴彦高勒、三湖河口站1976-2006 年的横断面冲淤演变时间序列,对该长期序列的趋势变化和突变特点进行分析后发现：内蒙古河床演变明显存在3 个阶段,即演变相对稳定阶段、河床快速萎缩变形阶段和新的相对稳定阶段,以及孔兑来沙大的年份是横断面冲淤面积趋势改变的时间。大型水库修建后,孔兑来沙对河道横断面冲淤趋势变化的影响更加显著,表明近年来大洪水缺失和孔兑来沙的共同作用是导致河床萎缩的重要根源。90 年代中后期横断面冲淤演变再次发生突变之后,内蒙河段进入到一个新的相对稳定期,河床边界条件已经和来水来沙条件相适应,因此在新的稳定条件下,如何治理内蒙河道的淤积萎缩值得探讨。     

三峡水库下游弯曲河型演变规律调整及其驱动机制

大型水库的兴建深刻改变了下游水沙输移特点,进而导致河床演变规律显著调整,水库下游弯曲河型对水沙过程改变响应敏感,是水库下游河床演变、航道整治、河势控制等方面研究的关键区域。本文基于1996-2016年的实测水文、地形资料,对长江三峡水库下游弯曲河型的演变规律及其驱动机制开展研究,结果表明：① 三峡水库蓄水前,下荆江存在“凸淤凹冲”、“凸冲凹淤”两类弯曲河型,而三峡水库蓄水后均表现为“凸冲凹淤”的一致性规律;② 在水库拦沙作用的影响下,下荆江河段平滩河槽存在累积性冲刷现象,冲刷部位集中于枯水河槽与基本河槽之间的低滩,冲淤部位调整主要由变化的流量过程所驱动,上游河势、河道边界以及支流入汇等因素均有一定驱动作用;③ 在三峡水库蓄水后缺乏大洪水的情况下,凸岸水流挟沙力随流量增加逐渐增强,水流对凸岸冲蚀力度在平滩流量级附近（20000~25000 m3/s）达到最强,平滩流量附近流量级的持续时间超过20天时,弯曲河道发生凸冲凹淤现象。而悬沙中造床粗沙的减少,增强了水流冲刷强度,加剧了凸岸的冲蚀程度。     

黄河内蒙古不同河型段对洪水过程的响应特征

黄河内蒙古河段的河道淤积近年来有所加重,一些人寄望于人造洪峰冲沙来降低河床。本文根据典型年份的最大洪水的流量—水位过程线变化特征,揭示黄河内蒙古不同河型段对这些洪水的响应机制,得出黄河内蒙古河段洪水的流量—水位过程线类型有线形、顺时针环线、逆时针环线3类单一关系和线形+逆时针环线、逆时针环线+线形、"8"字形+线形、嵌套状逆时针环线以及交叉线形5类复合关系。这些关系总体上可以反映洪水过程中河床是侵蚀还是沉积、何时侵蚀何时沉积、以及冲淤是否具有反复性。黄河内蒙古冲积性河段的河道对同一次洪水过程的响应沿程表现出分化现象,其中辫状河段以河床侵蚀下降为特征,弯曲河段以河床明显沉积升高为特征,而顺直河段以少量沉积或冲淤平衡为特征。不同河型段的河道对洪水的响应趋势与洪水动能的沿程减小相适应,洪峰含沙量沿程减小是该趋势的具体体现。人造洪峰冲沙难以逆转上述淤积趋势,对防治洪灾帮助有限。     

Double-thresholds in scour–fill processes and some implications in channel adjustment

Through an analysis of data collected from the Yellow River and its tributaries on the Loess Plateau of China, the phenomenon of double-thresholds in scour–fill processes of wide-range water-sediment two-phase flows has been shown. Thresholds located in non-hyperconcentrated flows may be called the lower threshold, and that in hyperconcentrated flows the upper threshold. This double-threshold phenomenon leads to complicated sediment transport behavior of heavily sediment-laden rivers. With an increase in suspended sediment concentration, the channel sediment delivery ratio increases initially and becomes higher than 1, followed by a decrease and finally becomes lower than 1 again.Controlled by the double-thresholds in the scour–fill processes, channel adjustment of the lower Yellow River is non-linear and complex. When the suspended concentrations were lower than the lower threshold or higher than the upper threshold, scour or bed downcutting was the dominant channel-forming process. Channel shape tends to be narrower and deeper, and the channel thalweg became more sinuous. When the suspended concentrations lay between the lower and upper thresholds, deposition of sediment was the dominant channel-forming process; channel shape tended to be shallower and wider, and channel thalweg became less sinuous.     

Hyperconcentrated Flows in the Slope-Channel Systems in Gullied Hilly Areas on the Loess Plateau, China

This study is based on the data from Zizhou and Wangjiagou experimental stations on the Loess Plateau in the major sediment‐producing areas of the middle Yellow River drainage basin. It deals with characteristics of hyperconcentrated flows in the slope‐channel systems in the gullied hilly areas on the Loess Plateau. The results show that the formation of hyperconcentrated flows is closely related to the vertical differentiation of landforms. Based on data from 21 rainfall events in the period 1963–1970, event‐averaged suspended sediment concentration for hilltop, upper hillslope, lower hillslope and gully slope was calculated as 36 kg/m³, 89 kg/m³, 304 kg/m³ and 505 kg/m³, and the frequency of hyperconcentrated flows was 0.0, 0.17, 0.74 and 1.0, respectively. Thus, hyperconcentrated flows form on the lower part of hillslopes and on the gully slopes, and develope well in gully channels of various orders. There exists a sediment storing‐releasing mechanism, resulting from different behaviours of sediment transport by non‐hyperconcentrated and hyperconcentrated flows. When water flows are nonhyperconcentrated, the relatively coarse fractions of sediment from the slopes are deposited in the channel. When hyperconcentrated flows occur, the previously deposited coarse sediment may be eroded and released from the channel. A close relationship is found between rainstorms and the formation of hyperconcentrated flows, and some thresholds of rainfall and runoff for the occurrence of hyperconcentrated flows have been identified.     

黄河下游河道泥沙存贮-释放及其临界条件

确定了黄河下游河道处于泥沙存贮-释放临界状态的水沙临界条件。当场次洪水平均含沙量小于31.68 kg/m³,或者来自中游多沙粗沙区场次洪水来沙量小于4 543×10⁴ t,下游河道将由泥沙存贮状态变为泥沙释放状态。当河口镇以上清水区径流占场次洪水总径流量比率大于0.70时,也会由泥沙存贮状态变为泥沙释放状态。场次洪水泥沙输移比随洪水平均流量的增到而增大,流量为4 000 m³/s(相当于平滩流量)时达到峰值,此后有所减少。这表明,平滩流量时泥沙存贮最少,低于平滩流量和高于平滩流量时泥沙存贮均增大。     

黄河游荡河段河床形态调整对洪水过程的响应

以黄河流域1950～1985年200余场洪水资料为基础，并增加了最近的实验资料，分析了黄河下游游荡河段不同含沙量沙水过程中河床形态的调整过程，结果表明，由洪水过程所导致的河床形态变化是相当剧烈的。且与含沙量密切相关，表现出非线性的变化规律，当含沙量较小时，随含沙量的增大，洪水后河床宽深比增大，当含沙量增大到一定程度后再增大时，宽深比随含沙量的增大而减小，这一结果为修正Schumm关于河床形态变化的定性预测关系提供了新的依据。     

黄河中游支流悬移质粒度与含沙量、流量间的复杂关系

本文以黄河中游若干支流为例,研究了宽变幅水沙两相流河流悬移质泥沙的粒度特征。结果表明,宽变幅水沙两相流河流的悬移质泥沙粒度特征与含沙量、流量之间具有复杂的关系。就同一站点而言,随着含沙量和流量的增大,大于0.05mm的粗颗粒泥沙的百分比迅速减小,并达到最小值;当含沙量和流量进一步增大时,其百分比又迅速增大,表现出明显的双值关系。对于小于0.01mm细泥沙而言,情形正好相反。黄河中游不同的支流之间,悬移质泥沙粒度特征与年均含沙量的关系也是复杂的。这些变化图形可以用非高含沙水流与高含沙水流不同的物理力学行为来解释     

水沙条件对黄河下游河道输沙功能的影响

提出河道输沙功能指标F_s为进入某一河道的泥沙总量(干流与支流输入沙量之和)与输出这一河道的泥沙量之比。河道输沙功能与来水量和来沙量有密切关系,若来水减少,来沙增多,则河道输沙功能减弱。来沙中大于0.05 mm粗泥沙含量百分比与河道输沙功能指标成负相关。来沙系数、特别是粗泥沙的来沙系数,是决定黄河下游输沙功能的重要因子;来沙系数越大,则河道输沙功能指标越低。场次洪水的输沙功能指标随场次洪水最大含沙量的增大而降低,历年河道输沙功能指标随各年中高含沙水流频率的增高而降低。小浪底水库修建后,为我们通过调水调沙提高河道输沙功能提供可能。研究表明,场次洪水平均含沙量35 kg/m³,或场次洪水平均来沙系数为(0.015 kg·s)/m⁶,是在调水调沙中实现河道输沙功能优化的最优含沙量和最优来沙系数,平滩流量则是实现河道输沙功能最大化的最优流量级。     

人类活动对黄河中游高含沙水流的影响

以黄河中游干流和渭河、无定河的资料研究了人类活动对黄土高原河流高含沙水流的发生频率的影响。人类破坏森林植被，大量拦截黄河上游清水来源区的清水基流，使得高含沙水流发生频率增大，大规模水土保持措施的实施则使高含沙水流发生频率迅速减小。近50年来黄河干流和一些支流的高含沙水流随时间的变化可以用一个三阶段模式来概括，即20世纪50-60年代，由于人类破坏植被，使高含水流频率增大；20世纪60年代末至80年代中期，大规模水土保持措施的实施使高含沙水流发生的频率减小；20世纪80年代末期以来，人类大量拦截利用清水资源，使高含沙水流的发生频率又复增大。     

Effectiveness of monsoon floods on the Tapi River, India: role of channel geometry and hydrologic regime

Geomorphic effects of floods are a function of several controlling factors, such as magnitude, frequency, rate of sediment movement, flood power, duration of effective flows, sequence of events and the channel geometry. In this paper, these measures of effectiveness have been evaluated for the monsoon-dominated, flood-controlled and incised Tapi River, India by defining four flow categories: low flows, moderate flows, floods and large floods. Ratios between effectiveness parameters of moderate flows on one hand and the floods, large floods and maximum floods on the other, were computed to understand the relative importance of moderate and large flows. In addition to this, stream-power graphs for large floods were constructed, and the changes in channel form were analyzed by using multi-date cross-sections. The results of the study indicate that the morphological characteristics of the bedrock as well as the alluvial channels of the monsoonal and incised Tapi River are maintained by large-magnitude, but low frequency floods that occur at long intervals. Because the channel is incised the effectiveness of large flows is accentuated. The incised channel form enhances the role of large floods by reducing the width–depth ratio, and by increasing the velocity as well as the energy per unit area. The low and moderate flows are superior to high-magnitude flows, only in terms of suspended sediment transport and frequency of occurrence. Another conclusion is that the suspended sediment carried by flows may not be the most appropriate criterion for measuring the geomorphic effectiveness of flows, particularly for monsoonal rivers.     

北洛河下游河槽形成与输沙特性

北洛河发湖泊于黄河粗沙来源区，年均含沙量达１２８ｋｇ／ｍ＾３年均流量仅２５ｍ＾３．ｓ，是典型的多沙河流，但由于泥沙主要由高含沙洪水输送，平水流量小，含沙量低，经常保持窄深稳定河槽，使高含沙洪水挟带的泥沙能顺利输送而不淤，并形成弯曲性河流。