弯道取水口河冰运动特性及导冰筏优化设置

采用DynaRICE二维河冰模型模拟弯道及其取水口附近的水面冰运动和堆积过程,探讨弯道取水口导冰筏的优化设计。该模型耦合了水动力方程和冰动力方程,分别采用有限元法和光滑粒子流体动力学法对水动力方程和冰动力方程进行求解。模拟得到弯道取水口处水流水力特性、不同角度导冰筏下河冰运动规律及其受力情况。结果表明河冰靠弯道凹岸一侧运动,并在取水口附近及其下游堆积,横向环流对河冰运动影响可忽略,取水口上游设置角度和长度合理的导冰筏可有效阻止河冰进入引水渠。但是,下游也需设置导冰筏来防止河冰在取水口下游堆积及向上游延伸到取水口。     

基于遥感影像分析1989—2019年黄河内蒙古段河冰时空变化

获取河冰时空分布信息对黄河流域防凌减灾工作及沿岸地区可持续发展具有重要意义。收集黄河内蒙古段1989—2019年冬季河冰遥感影像数据;提出了归一化未封冻水体指数（NDUWI）用以剥离被归一化雪指数（NDSI）误分为河冰的水体像元,确定了该指数划分河冰、水体像元的阈值,并利用NDUWI结合NDSI的方法提取河冰信息进而分析河冰时空分布及变化特征,探讨了海勃湾水库调度及河床演变对河冰分布的影响。结果表明：黄河内蒙古段河冰主要分布在研究区中游（巴彦高勒—三湖河口）。1989年以来,研究区内河冰经历“平稳期”（1989—1997年）、“扩张期”（1998—2000年）、“萎缩期”（2001—2019年）3个阶段,其中2000年出现河冰面积峰值,并于2019年减小至最小。各子段中,海勃湾至巴彦高勒（R1段）2015年前河冰分布稳定,2015年起受海勃湾水库建成影响,河冰面积大幅萎缩;巴彦高勒至头道拐（R2~R4段）河冰面积变化特征大体与全段变化相同。空间上,2015年后R1段以纵向萎缩为主,巴彦高勒至三湖河口（R2段）左岸河冰萎缩,右岸河冰堆积仍有偎堤风险;三湖河口至包头（R3）段全段河冰漫滩现象严重,2016年起得以缓解;包头至头道拐（R4）段以局部漫滩为主,2016年开始以主槽封冻为主。上游海勃湾水库建成后的常规运用可有效减小下游黄河内蒙古段的河冰漫滩现象。研究成果可为黄河内蒙古段水库防凌调度及堤防安全隐患排查提供参考。     

岚皋县城供水扩建工程取水水源论证研究

本文以陕西安康市岚皋县城供水扩建工程为例,在对供水水源现状分析的基础上,对供水水源方案进行比选及合理性分析,并对可供水水量、水质、取水口合理性及可靠性进行分析。结果认为：方垭水厂取水口上游人口稀少且无污染源,是生活饮用水的理想水源,从岚皋县四季河苍水村上游500 m处的四季河取水口取水,输水流量为0.196 m³/s,具有供水成本低,一次性投资小等优点,符合县城供水长期规划,采用四季河作为取水水源最为合理;取水口处95%保证率年可供水量为568万m³,水厂年需水量449万m³,水源可供水量满足要求,取水口设置合理可靠,可满足长期供水需求。研究结果可为县城供水扩建工程建设实施提供可靠依据。     

河冰数值模拟中不规则边界处理技术探讨

数值模拟是河冰问题研究的重要手段之一, 但受限于天然河道的复杂地形条件, 研究工作开展中往往面临不规则边界的处理问题.基于河冰数值模拟工作现状, 总结和阐述了贴体网格技术对其的应用.针对二维数值模拟提出了采用滑动边界法和势流理论式相结合的方法来进一步提高边界处网格的正交性; 三维网格生成则宜采用σ竖向坐标变换法; 河冰模拟中水面位置确定通常采用标高函数法; 对于非稳态河冰数值模拟, 动边界处理技术可考虑改进并应用干湿法.     

新疆天山北坡四棵树河冰洪分析

四棵树河是新疆天山北坡的一条灾害性较大的河流,除了夏季洪水致灾外,另一种更引人注目的是冬季冰洪突发成灾.从该河流的自然地理条件分析入手,阐述了该河独特的冰洪特征,结合气温、地形等影响因素分析了四棵树河的冰洪成因.冰洪形成往往与当时当地的气温和地形变化有关.因气温逐渐或突然升高,冰骨架结合力下降,当虚冰坝阻水形成的水压力超出了冰骨架支撑力时,上游某一虚冰坝破裂垮塌,冰水则迅猛下泄,致使下游虚冰坝连续垮溃形成河流冰洪.此外,对冰洪沿程变化、冰洪量差异显著、冰洪年际变化不均、稳定封冻期及解冻期不出现冰洪的原因也进行了分析.     

松花江白山河段冰情数值计算及分析

根据水动力学、河流动力学、热力学、河冰水力学及固体力学等原理,针对松花江上游白山河段具体特征,建立了河冰数学模型,并应用有限差分计算方法,对白山河段冬季冰情演变进行了精确模拟。应用该河段1958-1973年共15年完整的地形、气象、水文、热力、冰情等原型观测资料,分别进行了模型参数率定及冰情数值模拟。研究结果表明:白山河段的封冻首先开始于白山坝址下游4 km的大崴子河段,然后封冻边缘逐渐上溯,最终到达松14断面;计算的白山河段冰花堆积体外形与河床纵剖面呈相似趋势;各种水力及冰情要素的数值计算结果和实测值吻合较好,所建立的数值模型能较好地模拟该河道的冰情。研究结果对东北地区河流冬季冰情研究及冰害防治具有一定的借鉴意义。     

贵州桐梓新桥浑水河的成因再探讨

通过对新桥浑水河上游明流段、中部伏流段、下游浑水河段实地调查,并结合该区1:20万区域地质资料、区域水文地质资料及煤矿勘查资料,在分析浑水河区域构造背景及水文地质特征的基础上,研究了浑水河的水动力条件,包括纵向水动力条件和横向水动力条件,认为浑水河是特殊构造通道、水土流失带来的粘土颗粒物源、携带粘土颗粒的水体进入地下伏流,粘土颗粒在河床中沉积后又被流水带出的一个过程,即"流失→带进→沉积→带出"过程。浑水河的成因:1浑水河的特殊构造,具备了通道条件;2上游水土流失带来的大量细小粘土颗粒提供了物源;3洞湾水体"盲谷"是浑水的物源载体;4地下伏流的水动力条件,包括纵向水动力条件和横向水动力条件,四者共同作用的结果。     

叶城波龙7.20泥石流应急调查及灾害链实时观察

针对叶城柯克亚乡波龙7.20突发泥石流灾害,现场开展了应急科学调查。对沟下游泥石流堆积区进行量测,对上游突发小型滑坡-堰塞湖-泄流全过程开展实时观察。结果发现:泥石流固体物质主要是晚更新世风积土滑坡和中元古变质岩及碳酸盐岩崩塌,水体来源主要是强降雨导致的上游洪水及堰塞湖溃决;沟谷上游以稀性泥石流为主,下游加入了崩塌块体及河道砂砾石,粘度有所增大;堆积区呈块石散落和淤积状态。据现场多个老堰塞坝推测,波龙沟泥石流发生周期约15~20年。现有停车场位于沟口堆积区,需加大极端洪水及泥石流排泄空间,拓宽排导沟槽净空。     

冰厚变化的现场监测现状和研究进展

根据湖河海冰、冰川冰资源与环境中的自然科学问题及冬季冰区结构物安全运行管理中的工程科学问题对冰厚度时空变化资料的要求,总结了现行冰厚度变化过程监测方法的适用范围和优缺点。强调目前所获数据因连续监测时间短,精度达不到毫米级,对建立和检验冰物质平衡同环境条件的预报模式提供不了强有力的支持。为此发展了新的冰厚度变化过程监测方法,它们包括直接探测冰层界面位置的接触式和利用气、冰、水电导率差异的标尺式高精度冰、雪层生消过程自动监测设备。详细描述了它们的工作原理、研究进展、适用范围和在极地海冰以及国内河冰实践获得的初步结果。     

额济纳旗胡杨根区水分运动参数的确定--利用Richard方程和气象资料推算

利用Richard方程和气象资料相结合的办法,确定了中国典型的干旱内陆河流──黑河下游额济纳旗地区主要成林的干旱荒漠天然乔木树种──胡杨林地的水分运动参数,主要有导水系数K、比水容量C和水分扩散率D。     

Numerical simulations of ice accumulation under ice cover along a river bend

In this paper, the k-? two-equation turbulence model has been used to simulate ice accumulation under ice cover along a river bend. A 2D depth-averaged numerical model has been developed in a nonorthogonal coordinate system with nonstaggered curvilinear grids. In this model, the contravariant velocity has been treated as an independent variable. To avoid the pressure oscillation in the nonstaggered grids, the momentum interpolation has been introduced to interpolate variables at the interface. The discretization equations have been solved by using pressure correction algorithms. An equation has been developed for describing the deformation of ice jam bottom. The thickness distribution of ice accumulation (ice jam) along the bend has been simulated. The developed model has been applied to the experimental studies under different conditions carried out at the Hefei University of Technology. Results indicate that all simulated thickness of ice accumulation agrees reasonably well with the measured thickness of ice accumulation in laboratory.     

河流冰塞数值模拟进展

冰塞是高纬度地区河流凌汛的主要诱因.为防凌减灾,围绕着河冰问题的试验研究、原型观测和数值模拟,国内外学者展开了大量的研究.就数值模拟方面,综述了国内外学者在河冰一维、二维数值模拟方面的研究成果;重点描述了Shen的一维模型和模拟冰塞体溃决的二维模型及其在实际中的应用;在评述和分析各模型特点的基础上,尝试提出了今后的发展方向.     

凌汛期槽蓄水增量过程模拟

为研究凌汛期槽蓄水增量来源,在分析实测冰情资料基础上,把槽蓄水增量分为水位壅高主河道蓄水量增大、主河道内河水转化为固体冰盖和上滩水形成冰盖及在冰下聚集等3部分,建立河冰动力学模型,模拟河冰生消及槽蓄水增量过程,利用2008/2009年度三湖河口—头道拐河段实测冰情资料对模型进行了验证,表明滩地冰盖及冰盖下滞洪是内蒙古河段槽蓄水增量的主要来源,占最大槽蓄水增量的63.44%,主河道水位壅高引起的槽蓄水增量占26.56%,主槽冰盖蓄水占10.0%。     

Drainage beneath ice sheets: groundwater–channel coupling,and the origin of esker systems from former ice sheets

The nature of the drainage system beneath ice sheets is crucial to their dynamic behaviour but remains problematic. An experimentally based theory of coupling between groundwater and major channel systems is applied to the esker systems in the area occupied the last ice sheet in Europe, which we regard as a fossil imprint of major longitudinal drainage channels. We conclude that the large-scale distribution and spacing of major eskers is consistent with the theory of groundwater control, in which esker spacing is partly controlled by the transmissivity of the bed.It is concluded that esker patterns reflect the large-scale organisation of the subglacial drainage pattern in which channel development is coupled to groundwater flow and to the ice sheet's dynamic regime. The theory is then used to deduce: basal meltwater recharge rates and their spatial variability from esker spacing in an area in which the ice sheet was actively streaming during its final retreat; patterns of palaeo-groundwater flow and head distribution; and the seasonally varying magnitude of discharge from stream tunnels at the retreating ice sheet margin. Major channel/esker systems appear to have been stable at least over several hundred of years during the retreat of the ice sheet, although major dynamic events are demonstrably associated with major shifts in the hydraulic regime.Modelling suggests: that glaciation can stimulate deep groundwater circulation cells that are spatially linked to channel locations, with groundwater flow predominantly transverse to ice flow; that the circulation pattern has the potential to create large-scale anomalies in groundwater chemistry; and that the spacing of channels will change through the glacial cycle, influencing water pressures in stream tunnels, subglacial hydraulic gradients and effective pressure. If the latter is reduced sufficiently, it could trigger enhanced bed deformation, thus coupling drainage to ice sheet movement. It suggests the possibility of distinctive phases of sediment deformation and drumlin mobilisation during a glacial cycle.     

三峡工程大江截流水力要素变化分析

根据三峡工程大江截流期间收集到的截流河段,导流明渠、二期上下围堰口门区的水位,流速,流量,河床地形,水面流态等监测资料,分析研究了截流河段（尤其是动态的龙口）水力要素的变化规律及其相互关系。分析表明,龙口纵,横断面的流速分布受戗堤进占与平抛垫底施工和上游来水来沙的综合影响。围堰渗流量的监测对分析明渠分流比,石渣戗堤稳定研究起到了补充作用。     

基于人工神经网络预测弯道段冰塞壅水

寒冷地区河流冬季常形成凌洪灾害,冰情的预报和预测大致可分为冰塞出现的位置、上游水位升高和开河冰塞的预报.依据实验资料,分析了弯槽段冰塞壅高上游水位和佛汝得数以及冰流量之间的变化关系,采用BP网络对水位壅高及弯槽断面水位进行了模拟预测并和回归分析的结果进行了对比,结果表明:人工神经网络技术可以提高对水位的模拟预测精度.     

An Assessment of Structural Measures for Flood-prone Lowlands with High Population Density along the Keelung River in Taiwan

Midstream of the Keelung River Basin in Northern Taiwan has become highly urbanized and densely populated area. Flood inundation along riversides frequently occurred during typhoons or rainstorms. Three protection measures, including constructions of high-level protection levees, a diversion channel, and a detention reservoir, were proposed for flood mitigation. The main purpose of this study is to evaluate the flood mitigation performance of the three proposed structural measures by using combined hydrologic analyses and hydraulic routings. A semi-distributed parallel-type linear reservoirs rainfall-runoff model was used for estimating the surface runoff. Furthermore, a 1-D dynamic channel routing model was coupled with a two-dimensional inundation model to simulate the hydraulic characteristics of river flooding and overland flow. Simulation results of flood stages, runoff peak discharges, and inundation extent under design rainfall scenarios were chosen as the criteria for evaluation. The results showed a diversion channel is superior to the other two measures for flood mitigation of the study area. After the process of environmental impact assessment, a revised diversion channel approach has been approved for construction as the major structural measure.     

论河流的弯曲机理

基于能量守恒原理,通过实体模型试验的方法,对河流发生弯曲的机理进行了探讨。研究认为,河流具有弯曲的自然属性,其弯曲程度主要取决于水流能量的大小,与流量、比降有很大关系;河流发生弯曲是水流为补偿能量损失得以保持运动而形成的一种自然造床过程,河流在运动过程中,通过弯曲形成上游壅水,增加势能,使下游比降相对增大,动能得以增加,从而保持河段内的水沙输移达到相对平衡,此即"动能自补偿"的弯曲机理;河流弯曲程度与需要补偿的动能多少有关,河段上下断面的动能差越大,河段弯曲系数就越大。"动能自补偿"的机理得到了实验室观测结果的验证和野外原型定位观测资料的佐证。     

水力与热力耦合的开河判别准则

寒带河流在春季往往会由于水力和热力因素的剧烈变化而引发冰盖溃决,国内俗称为"武开河"。这一现象会导致冰坝形成,造成巨大的自然灾害。通过冰盖断裂机理的力学分析,耦合热力对冰盖材料性质的影响,提出了一种开河判别方法。应用黄河河曲段实测原型资料进行验证分析,结果表明该准则判定结果与实际相符,是一种行之有效的判别准则。