河型转化机理及其数值模拟——Ⅱ.模型应用

采用平面二维河流数学模型,系统研究概化河道的河型转化过程及其控制因素,成功模拟得到了初始比降、流量、入口含沙量增大和河岸抗冲性减弱时,河流从弯道向分汊、游荡河型转化的过程。根据模拟得到的河道平面形态、横断面形态、河床纵剖面,沿程水面线及沿程输沙率的变化,分析了河床初始比降、入口含沙量、流量和河岸抗冲性等各种因素对河型转化的影响。结果表明,模型计算得到的河型转化过程,与经典的河型成因及河型转化理论给出的趋势较为一致。     

黄河内蒙古河段输沙量与淤积量计算方法

基于多沙河流"多来多排"输沙基本公式,建立了考虑上站来沙量、前期累计淤积量、临界输沙水量及干支流泥沙粒径影响的输沙量一般表达式。进而根据黄河内蒙古河段1953—2010年实测水沙资料,得到了内蒙古巴彦高勒—头道拐全河段及巴彦高勒—三湖河口和三湖河口—头道拐分河段的年输沙量公式,并根据输沙率法采用建立的输沙量公式计算了各河段1953—2010年的逐年冲淤量。选取三湖河口—头道拐河段的计算结果分析表明,在输沙基本公式基础上增加前期累计淤积量、临界输沙水量及干支流泥沙粒径参数,所得公式计算的年冲淤量与实测值之间的相关系数R2由基本公式的0.41依次提高到0.50、0.75和0.80,说明在基本公式基础上进一步考虑这些参数的必要性。此外,全河及分河段输沙公式计算所得输沙量及各河段冲淤量和累计淤积量与实测值的符合程度均较好,表明建立的输沙公式能够用于不同水沙条件下的输沙量和冲淤量计算,可为分析内蒙古河段的输沙特性和长期淤积趋势提供参考。     

SOFM储层综合评价方法及其在延吉盆地的应用

通过对已有储层评价方法优势与不足的分析,提出在空间数据库基础上应用自组织特征映射神经网络进行油气储层评价,并对延吉盆地大砬子组储层进行了评价。评价结果显示：Ⅰ级储集层主要发育于朝阳川凹陷中央-延D4井西缘、呈椭圆状分布,朝阳川凹陷西缘即延D6、延3之间呈月牙状分布;Ⅱ级储集层区块较大,分布集中在朝阳川凹陷周缘及帽儿山凸起,在清茶馆凹陷的东缘、南缘和德新凹陷的北缘呈不规则分布;Ⅲ级主要发育于朝阳川凹陷中央-朝阳川镇南部,清茶馆凹陷东缘,呈条带、小块状零星分布,德新凹陷大部呈不规则分布;Ⅳ级主要发育于西部隆起区、练花洞单斜一带,在茶清馆凹陷中央也有零星分布;其它地区是储层物性发育较差的Ⅴ级。     

黄河下游不同河段分组悬沙输移对河床冲淤的影响

小浪底水库运行后, 坝下游分组悬沙输移特点发生改变, 不同河段冲淤过程有所差别。基于1999—2018年坝下游实测水沙资料及固定淤积断面地形数据, 分析汛期分组悬沙输移的沿程调整特点, 建立分组悬沙输移及河床边界条件双重影响下不同河段河床累计冲淤量的计算关系。分析结果表明: ①汛期各组沙输沙率远小于蓄水前, 且中沙输沙率降幅最大, 在各水文断面平均降幅为85%;沿程上细沙输沙率基本不恢复, 而中沙和粗沙恢复距离分别到利津及艾山。②坝下游河床持续冲刷, 各河段河床组成均发生不同程度的粗化; 在拦沙后期(2007—2018年), 游荡段和过渡段床沙中细沙和中沙占比不足5%, 对悬沙几乎无补给作用, 而弯曲段床沙对中沙仍有一定的补给能力。③下游各河段以冲刷下切为主, 但调整幅度不同, 故对水流的约束能力有所差异。建立了各河段累计冲淤量与前期河相系数及进口断面分组来沙系数的经验关系, 并采用2019年下游水沙数据对公式进行了初步验证, 公式能合理反映断面形态与分组悬沙输移对河床累计冲淤过程的影响。     

河北省马头营干热岩的成因机制及其示范意义

马头营干热岩的发现说明渤海湾盆地具有较好的干热岩勘查开发潜力。通过对马头营所处区域壳幔结构、深大断裂与新构造活动、岩浆活动、热源与流体源、凹凸相间的构造格局等控热要素的综合分析,初步阐述了深部热物质的上涌过程及地球内外力地质作用对地球浅部地热场的塑造与热异常制约这一关键科学问题。在此基础上,总结了马头营干热岩的成因机制:①华北克拉通东部破坏,区域岩石圈的明显减薄,有利于热传导与深部热物质上涌,使马头营凸起处于高热流背景区;②切穿至岩石圈的深大走滑断裂带、地壳内低速高导体及各级壳内断层,构成了深部热物质上涌的流体通道网;③凹凸相间的构造格局下,在"热折射"效应、深大断裂带流体热对流、凹陷中心压实热流体向周边凸起流动等因素综合作用下,有利于热流向浅埋的马头营凸起区聚集。马头营干热岩的成因机制对类似地质条件的干热岩勘查具有很好的示范意义,渤海西岸黄骅坳陷、济阳坳陷内的一些凸起,在4 000～6 000m的范围内具有寻找干热岩的良好前景。     

东海陆架盆地西部坳陷带中生界分布特征及其有利区探讨

对东海陆架盆地西部坳陷带中生界分布特征及其油气勘探方向的研究认为：研究区中生界分布广、厚度大,主要沉积在南部地区,最大厚度超过6 000 m,除凹陷内有分布外,隆起区也有分布。白垩系主要发育在长江凹陷、海礁低凸起、瓯江凹陷、闽江凹陷和台北低凸起地区;侏罗系主要发育在闽江凹陷。闽江凹陷的中生界厚度大,烃源岩条件好,局部构造圈闭发育,既有区域性盖层又有局部盖层,生储盖条件优越。因此,闽江凹陷是东海陆架盆地西部坳陷带油气勘探前景最好的区域。     

河床粗化过程中推移质输移特征试验研究

为了研究河床粗化破坏与形成过程中推移质的输移特征,基于一套新型的接沙系统,在上游无来沙条件下,进行了3组不同床沙级配的水槽试验,研究了递增梯级流量作用下河床粗化破坏与形成的过程,采集到一套高精度（0.1 g）、高频率（1 Hz）的实时推移质输沙率及分时段输沙级配数据,分析了累积输沙量、输沙率及输沙级配的变化特征。结果表明,粗化过程中累积输沙量随时间基本呈幂函数规律增长,且"粗化破坏再形成"的累积输沙量曲线出现明显转折点;推移质输沙率表现出明显的非恒定性,其粗化形成阶段的耗时要远大于粗化破坏阶段的时间,两者之比范围为3.5~20.5;推移质输沙级配中粗颗粒比例随时间变化趋势与输沙率相似,在输沙率达到峰值附近时,输沙级配与原始床沙级配相同。     

胜利油区新北油田馆上段沉积特征及沉积相模式

主要通过岩心和薄片观察、粒度分析、参数计算及测井资料解释等手段,以揭示胜利油区垦东凸起北坡新北油田馆上段沉积特征及沉积相模式为目的开展工作,得到以下认识:研究区馆上段为分汊河相沉积。其粒度概率累积曲线普遍具有明显过渡段而显示与辫状河心滩相似的特征;平均河道弯曲度大于1.7,二元结构发育,具有曲流河的某些特征;以河岸抗冲性中等,决口扇较为发育而有别于网状河。在此基础上建立了研究区馆上段分汊河沉积相模式:包括河床、堤岸、河漫/洪泛平原及废弃河道亚相,组成下粗上细的正旋回。其中河床亚相砂坝微相是分汊河相的沉积主体,其次为堤岸亚相决口扇微相和废弃河道亚相。河床亚相砂坝顶部多直接覆盖洪泛平原泥质沉积。新北油田宏观上油气分布受构造控制,微观上油气富集主要受分汊河道砂体的控制。分汊河相的发现与提出有助于新北油田精细砂体预测和优化整开发方案,也为类似地区的储层预测提供了更为开阔的思路和可借鉴的地质模型。     

基于卫星影像建立曲流河地质知识库及应用

曲流河储层在国内各大油田中占有较大比例,建立曲流河地质知识库,对储层进行精细研究十分重要。采用GoogleEarth软件观测曲流河特征,建立6种发育模式;测量曲流河河道参数数据,分析统计参数间的相关关系。通过观测,将曲流河发育模式划分为单一河道低弯曲度小边滩发育型、单一河道高弯曲度大边滩发育型、简单河道低弯曲度小边滩发育型、 简单河道高弯曲度大边滩发育型、多河道低弯曲度小边滩发育型、多河道高弯曲度大边滩发育型6种类型。对曲流河参数数据进行统计分析,发现曲流河河道宽度与点坝长度、河道宽度与单一曲流带宽度 、点坝长度与点坝宽度间均具有较好的正相关关系。按曲率为1.1~1.5、1.5~2.5、2.5~4.5统计分析,参数间的正相关性高于所有数据参数分析结果。为此,建立了曲流河的定性模式和不同曲率下 曲流河的定量模式。研究结果可为地下曲流河储层研究提供相应模式和定量化指导。     

海拉尔盆地牧原凹陷油气勘探前景与有利区带目标优选

牧原凹陷是海拉尔盆地群中研究程度和勘探程度均较低的凹陷,尚未取得勘探突破。为明确牧原凹陷的油气资源潜力与勘探前景,开展了野外地质调查、老井复查与烃源岩有机地球化学特征研究等,基本明确了凹陷油气地质条件: ①牧原凹陷具有单断箕状结构,可划分为陡坡带、洼槽带和缓坡带3个构造单元; ②发育大磨拐河组、南屯组和兴安岭群3套有效烃源岩,南屯组、大磨拐河组烃源岩厚度大,分布面积广,有机质类型好,以II₁-I型为主,有机质丰度高,生烃潜量大,热演化进入成熟阶段,是凹陷主力烃源岩,兴安岭群烃源岩有机质丰度高,处于高成熟阶段,虽然厚度与分布有限,也是一套有价值的烃源岩; ③发育兴安岭群的自生自储或上生下储、大磨拐河组与南屯组的自生自储、伊敏组的下生上储3套储盖组合。对比高勘探程度区单断箕状凹陷的成藏规律,结合牧原凹陷自身的地质特点,构建了牧原凹陷油气成藏模式。通过开展区带的初步评价,优选出2个有利区带,提出了勘探目标。     

西南山区河流阶梯-深潭系统的生态学作用

山区河流发育的阶梯—深潭系统具有显著的生态学作用。阶梯—深潭系统增大水流阻力和河床抗冲刷力,稳定了河床和岸坡。大卵石堆积成阶梯,细颗粒泥沙在深潭河段的缓流滞流区沉积下来形成淤泥层,形成适宜多种生物的栖息地。选择小江支流——深沟、蒋家沟和小白泥沟,以及四川九寨沟和金沙江进行野外实验、取样分析。结果发现阶梯—深潭系统较发育的深沟和九寨沟底栖动物密度高达552个/m2,生物量高达5.96 g/m2。而邻近的小白泥沟和蒋家沟底栖动物密度仅0.75个/m2,生物量不到0.006 g/m2。考虑河流不同部位底质、水深、流速等特性,提出了生物栖息地多样性及其计算方法,研究发现大型无脊椎动物的生物多样性随栖息地多样性增加而增加。利用阶梯—深潭系统治理山区河流,既能保持河道稳定,又能维持较高的生物多样性,保持健康的河流生态系统。     

城市泥石流沟的治理启示——以深沟为例

为研究典型工程措施在泥石流沟治理中的作用及影响,结合野外调查及历史资料,对云南东川城区的深沟泥石流治理进行总结：深沟在一系列坝系群建设和多年植树造林的治理下,发育了一定规模的阶梯一深潭系统,使沟道阻力明显增强（经测河床结构强度5p达0．3以上）,消减了泥石流能量,并保护河床不被侵蚀下切,岸坡稳定;而另一方面林草生长能提...     

长江中下游水沙数值模拟研究

根据长江中下游水沙运动特征,采用水动力学、河流动力学和数值模拟技术相结合的技术途径,建立了一、二维混合的非恒定流非均匀沙非平衡输沙的数学模拟模型,对长江中下游干流、河网区和洞庭湖水沙运动及其河床变形进行了数值模拟,并在水沙模拟的范围内着重对河网区内水沙动边界的处理、河网汊点分流分沙计算模式、动床阻力和河湖交换模式等问题进行了讨论,提出了解决问题的途径和技术处理方法.为了验证模型的适应性和有效性,采用1981年至1989年10年长江中下游水文资料对所建模型进行了检验,模拟结果较好地反映了长江中下游干流、河网区和洞庭湖水沙输运特征和河道冲淤的宏观效应.     

下切性河流的床沙响应与纵剖面调整机制

天然河流中一些下切性河流具有独特的河床演变规律,如不规则形式的纵剖面等。通过现场调查、资料统计和GIS分析等方式,探讨了河道自然下切过程中河床演变相关机理及其对河流纵剖面的影响,揭示了其中蕴含的定量规律。分析结果表明,下切性河流系统存在床沙的响应与补偿机制,是河流系统由下切转为平衡的重要动力因素之一。响应调整后深切河段的床沙能消耗更多侵蚀能量,从而维持高比降的陡坡河道。因此,下切深度的沿程分布与一些特殊的纵剖面形态有关。经统计发现,流量与床沙（下垫面条件）是最重要的纵剖面控制性因素,引入量纲一参数可与比降建立良好的线性关系。     

推移质翻越低坝输移特性的试验研究

对于山区河流低坝而言，平时淤积在坝前的推移质粗沙可能会在洪水期集中翻越坝顶，形成高强度输沙。本文开展水槽试验，研究推移质粗沙自上游起动、推进、再翻越坝顶后向下游输移的过程，分析了输沙参数的变化特性及数理规律，描述了翻坝输沙模式及运动特征，揭示了输沙规律与河床形态之间的自然联系。取得如下认识：①输沙量随时间大致以幂函数规律增长。②低坝附近区域河床形态终将趋于稳定，上游和下游均形成相对稳定的曲面斜坡淤积体。③在不同的水流强度下推移质翻坝输移模式存在差异。对于一般水流强度工况，上游淤积体曲面斜坡表面泥沙颗粒以滚动或滑动模式起动，推移至接近坝顶位置时再跃移翻坝，后向下游输移；对于更高水流强度工况，后期的翻坝输沙模式可能发生显著转变，周期性边壁漩涡成为翻坝输沙的主要动力来源。     

推移质翻越低坝输移特性的试验研究

对于山区河流低坝而言,平时淤积在坝前的推移质粗沙可能会在洪水期集中翻越坝顶,形成高强度输沙。本文开展水槽试验,研究推移质粗沙自上游起动、推进、再翻越坝顶后向下游输移的过程,分析了输沙参数的变化特性及数理规律,描述了翻坝输沙模式及运动特征,揭示了输沙规律与河床形态之间的自然联系。取得如下认识:①输沙量随时间大致以幂函数规律增长。②低坝附近区域河床形态终将趋于稳定,上游和下游均形成相对稳定的曲面斜坡淤积体。③在不同的水流强度下推移质翻坝输移模式存在差异。对于一般水流强度工况,上游淤积体曲面斜坡表面泥沙颗粒以滚动或滑动模式起动,推移至接近坝顶位置时再跃移翻坝,后向下游输移;对于更高水流强度工况,后期的翻坝输沙模式可能发生显著转变,周期性边壁漩涡成为翻坝输沙的主要动力来源。     

长江中游瓦口子至马家咀河段二维水沙数学模型

针对长江中游瓦口子至马家咀河段(弯曲分汊河段)的水沙运动特点,给出了二维水沙数学模型尤其是推移质不平衡输沙计算的模式,主要包括推移质不平衡输沙方程、床沙级配方程、河床变形方程;对模型中的几个关键问题提出了处理方法,如非均匀沙起动及输移规律、床面混合层厚度等.利用大量的水流及河床变形资料,率定了模型的一些参数,进行了水面线、流速分布及河床变形的详细验证.在此基础上,根据设计部门提供的进出口水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲淤过程与分布及航道条件的变化.     

高含沙河流的低温输沙效应——以黄河上游巴彦高勒站为例

黄河是世界上含沙量最高的河流,其上游沙漠宽谷河段的冲沙输沙效应受来水来沙和地形条件变化等影响。为研究高含沙河流在低温条件下的输沙效应,通过引入水温因子,建立了黄河上游沙漠宽谷河段巴彦高勒站的输沙率模型。基于First Optimization平台的通用全局优化算法率定参数,验证了输沙率模型,量化了高含沙河流的低温输沙效应。结果表明:① 水温越低(1~7 ℃),河道输沙率越大,表明水温对河道输沙率的影响主要表现在低水温时期;② 任意一种工况下,水温1 ℃时河道输沙率约为25 ℃时的2.5倍;③ 低水温(5 ℃)较常温(16.6 ℃)下的河道输沙率提高了40.7%,在黄河上游开河低温期进行大流量冲沙输沙是水沙调控的最佳时机。研究成果以期为黄河上游沙漠宽谷河段低水温高效冲沙输沙和其他寒区高含沙河流的治理提供技术支撑。     

高含沙河流的低温输沙效应——以黄河上游巴彦高勒站为例

黄河是世界上含沙量最高的河流,其上游沙漠宽谷河段的冲沙输沙效应受来水来沙和地形条件变化等影响。为研究高含沙河流在低温条件下的输沙效应,通过引入水温因子,建立了黄河上游沙漠宽谷河段巴彦高勒站的输沙率模型。基于First Optimization平台的通用全局优化算法率定参数,验证了输沙率模型,量化了高含沙河流的低温输沙效应。结果表明:①水温越低(1~7℃),河道输沙率越大,表明水温对河道输沙率的影响主要表现在低水温时期;②任意一种工况下,水温1℃时河道输沙率约为25℃时的2.5倍;③低水温(5℃)较常温(16.6℃)下的河道输沙率提高了40.7%,在黄河上游开河低温期进行大流量冲沙输沙是水沙调控的最佳时机。研究成果以期为黄河上游沙漠宽谷河段低水温高效冲沙输沙和其他寒区高含沙河流的治理提供技术支撑。     

无结构网格上平面二维水沙模拟的有限体积法

基于无结构网格有限体积法的算法框架,通过引入跨单元界面法向水沙数值通量的逆风分解,将悬沙与床沙交换以及分组挟沙力计算模式自然地嵌入二维水沙运动方程组的数值格式中,形成高精度、守恒性好的二维水沙有限体积算法。最后,利用该算法对谭江樟州河段的水沙输运和河床变形进行了数值模拟。结果表明,该算法能够较好地模拟复杂条件下河道水沙输运的往复特征和河床变形的动态过程,其精度满足河道工程后效分析的要求。