利用人造洪水冲刷黄河内蒙古淤积河道的可能性分析

为了探讨利用人造洪水冲刷黄河内蒙古河段泥沙的可能性,建立了计算黄河三湖河口与头道拐站次洪水输沙量非线性模型。通过洪水计算获得了该河段各级洪水冲刷河道泥沙的最大冲沙量、最优冲沙历时以及相应冲沙效率。计算结果表明：黄河宁蒙段的淤积是河流在特殊的自然地理环境中受水流堆积作用形成的,用龙、刘两库联合调度水量形成的人造洪水冲刷河道淤积泥沙是目前可以采取的清淤手段之一,但耗水量较大,冲刷效果还有待于进一步的检验。     

宽级配床沙起动规律的实验研究

本文在水槽实验的基础上,根据最小能量耗散原理,考虑诸如水流脉动、床沙组成、河床糙率、粗细颗粒间相互作用、河床粗化程度等因素的影响,建立了宽级配床沙起动的三种模式以及相应的非均匀沙起动流速公式,经实验资料检验,符合较好。     

管道穿越山地河段冲刷深度计算方法的比较研究

管道穿越山区河流河段的埋深设计是工程安全与经济造价的重要问题。当前河床冲刷计算方法众多,而不同计算方法的比较研究较少。本文以常用的一般冲刷、局部冲刷经验公式及非恒定数值模拟技术为基础,分析了某管道穿越河段冲刷特性。结果表明:非恒定流数值模拟方法能较全面反映穿越区域最大冲刷深度的演化过程,规范建议的一般冲刷64-1修正式与局部冲刷65-2式计算的最大冲刷程度与数值模拟结果较为吻合,而局部冲刷65-1式冲刷稍偏小,堤坝局部冲刷式计算偏差较大。     

非均匀风沙起动规律研究

文章将非均匀沙水流起动研究方法中采用的暴露度的概念引入到天然风沙起动的研究中, 对暴露度的统计规律进行了分析。利用风沙颗粒起动时力矩平衡的条件, 建立了天然风沙起动公式, 用风洞试验资料进行了验证。计算结果表明, 在非均匀沙起动粒径与平均粒径相当的条件下, 混合沙的起动风速较小的结论, 与实际情况相符。说明在天然风沙起动研究中采用暴露度来反映风沙不均匀性对起动的影响是合理的。     

杭州湾北部潮流冲刷槽演变的分析

潮流冲刷槽是河口湾中重要的地貌类型。杭州湾是一个强潮海湾，它的北部在潮流作用下形成的冲刷槽具有典型性。本文通过动力、地貌和沉积相结合方法，在冲刷槽几何形态和动态特征分析基础上，论证了冲刷槽水流结构和泥沙输移，并指出冲刷槽在潮流作用下，纵向延伸和垂向增深较小，处于基本稳定状态，为港口建设提供依据。     

黄河上游沙漠宽谷河段水沙阈值与输沙特征

围绕黄河上游沙漠宽谷河段“多大流量能冲动多大含沙量的泥沙”、“不同流量能冲走多少泥沙”两个关键问题,对沙漠宽谷河段的水沙阈值展开深入研究。通过分析各断面历年水量、沙量变化过程,揭示了沙漠宽谷河段各区间河段的冲淤规律,得到不同区间河段、不同含沙量情况下的水沙阈值系列。基于水量平衡原理与输沙量平衡原理,分析各断面冲沙输沙流量、含沙量与输沙量之间的关系,建立场次洪水的河道输沙量计算模型,量化水量与沙量的转化效果。通过实例计算,不考虑沙漠宽谷河段水沙调控时,头道拐站的输沙量为0.124×10⁸ t,沙漠宽谷河段的冲刷量为0.0527×10⁸ t,考虑水沙调控时,输沙量增加近4倍。水沙调控显著改善了沙漠宽谷河道的水沙关系,冲刷了河槽,验证了水沙阈值及输沙量计算的准确性和可靠性。     

山地河流穿越管道冲坑扩展规律的试验研究

合理预测山地河流穿越管道的未来埋深和悬空长度对其安全运营至关重要。本文以北干线输气管道穿越工程为研究对象开展了水槽模型试验,观测分析河流穿越管道附近河床演变趋势,研究流量、水深和管径等因素对冲坑扩展规律的影响。结果表明:河床演变主要由推移质泥沙输移引起,而随着管径的增大,在管底形成冲坑点的次数逐渐减少;管底形成冲刷之时冲坑竖向扩展速率很大,随着管涌的发生,冲刷速率逐渐减小,冲刷深度逐渐增大;管底冲坑竖向扩展过程满足一级动力学反应方程,归一化处理后得到了冲刷深度与冲刷时间之间关系式;水动力条件、管径和沙粒特性共同影响管底极限冲刷深度,采用Gauss-Seidel迭代法得到无量纲冲刷深度与相对泥沙粒径和弗劳德数Fr参数的关系式;当Fr0.6时,冲坑横向扩展仅为初级扩展一个阶段,当Fr0.6时,冲坑横向扩展过程包含初级扩展和次级扩展两阶段;最后,结合试验数据和冲坑竖向扩展经验模型,推导出冲坑横向扩展速率计算公式,且模型预测结果较好。研究结果可为探究山地河流穿越管道冲坑扩展规律及管道后期安全运营维护提供重要参考价值。     

河流过程的累积现象和随机模型

累积现象普遍存在于河流过程中,准确考虑前期水沙条件的累积影响对冲积河流河床演变规律的研究至关重要。为揭示累积现象的物理实质,本文对国内外多条典型冲积河流上枢纽修建后其上下游河道冲淤实测资料进行了分析。定义水沙条件变化为外部扰动,并假定其发生概率符合泊松分布及单个扰动引发的系统反馈强度随时间呈指数衰减。本文运用统计力学中的随机理论给出了冲积河流外部扰动诱发的内部反馈随时间的累积过程及其时空间演进的数学描述和理论模型,并将其应用于枢纽修建后其上下游河道形态时空调整过程的模拟。结果发现,从时间上看,断面垂向、横向及全河段的冲淤调整速率早期较快,之后迅速减缓,河床累积冲刷深度、河宽及河段累积淤积量随时间不断增大直至平衡,表现出典型的累积特性;从空间上看,坝下河段冲刷强度沿程非线性衰减直至消失,这种空间分布上的不平衡是外部扰动引发的系统反馈在空间传播的同时随时间衰减的综合结果,是河流过程累积特性的另一外在表现。模型应用结果表明,河道垂向、横向、纵向及全河段的时空冲淤调整过程均可用归一化公式来描述,计算值与实测值符合较好,相关系数R ²达0.92、0.93、0.76和0.95。本文模型同时考虑了河流过程的累积特性和系统反馈的空间传播特性,可为定量描述扰动后非平衡态河道的时空调整过程提供理论依据和新的计算方法。     

三峡水库175m蓄水后库尾河段减淤调度控制指标研究

重庆主城区河段河道泥沙冲淤事关防洪、航运及码头作业等,是三峡水库泥沙问题的重点内容之一。本文依据原型观测资料,以三峡水库175 m试验性蓄水前后河段的泥沙冲淤规律为基础,结合河床组成分析和一维数学模型,计算提出河段悬移质泥沙走沙基本条件,并应用于减淤调度实践中。结果表明：① 三峡水库175 m试验性蓄水后至2012年重庆主城区河段河床冲刷强度下降,主走沙期推迟至汛前消落期,2013年后上游来沙减少使得河床冲刷强度再次增大;② 当寸滩站流量大于4000 m ³/s、坝前水位低于167 m时,河段开始走沙;当寸滩站流量增大至超过5000 m ³/s、坝前水位下降至163 m时,河段走沙能力增强;加大水库自163 m水位的消落速度,能够避免库尾河段产生累积性淤积。     

长江口横沙通道近岸冲刷地貌形成机制

近岸河床的剧烈冲刷是引起岸坡失稳的主要原因之一。通过SeaBat 7125多波束测深系统对长江口近岸冲刷最为剧烈的横沙通道北口冲刷坑地貌进行测量,同时利用双频ADCP采集区域水流数据,结合历史海图资料,研究该冲刷坑演变过程及形成机制。结果表明：冲刷坑呈椭圆形,长约430 m,宽约150 m,最深处距床面约38 m;1984-2017年期间,冲刷坑附近河床经历了冲—淤—冲的演变模式,整体呈冲刷状态,净冲刷量3.45×10 ⁷ m ³,平均冲深4.68 m;2005年后冲刷坑快速发育,且持续向南延伸。这主要是因为长兴北沿圈围工程的建设减小该处弯道曲率半径,导致了侵蚀加剧。其次,青草沙水库的建设使得北港上中段深泓线发生偏移,横沙通道北口水动力增强,这也是快速冲刷的主要原因之一。另外,长江口深水航道工程、横沙东滩围垦、横沙通道两侧圈围工程及港口码头的建设也一定程度加剧了冲刷之势。由此可见,人类涉水工程活动是引起该处大型冲刷坑快速发育的主要驱动因素。     

LOCAL SCOUR ESTIMATION AT CHECK DAMS IN TORRENTIAL STREAMS IN SOUTH EAST SPAIN

For several decades, the check dam building has been one of the most commonly used structural measures in the Forestry Hydrological Restoration Programs and Plans in the torrential basins of south east Spain. Two examples are the catchments studied here, drained by the Cárcavo and Torrecilla torrential streams belonging to the Segura Basin. Obtaining a more stable bed and a less powerful flow requires transitory hydro-morphological stages such as check dam filling upstream or local erosion downstream. The main aims of this paper are to estimate local scouring induced by check dams downstream, and to find evolution stages of scouring depth, the response time of the local erosion point and the local maximum depth to reach a stable bed situation. To do this, the results obtained by different methods were compared with measured scour depths for various hydraulic radii. From this comparison, performed in non-uniform sediment size beds and in clear-water conditions, the Fahlbusch's formula gives a better fit, while the Jaeger's and Bormann and Julien's methods tend to underestimate the results. These may be used to calculate local instantaneous scouring in flows less than bankfull, but give a worse estimate for maximum equilibrium scouring. Under active bed conditions, the temporal response of the cross-sections experiencing local scour processes below these structures reflects the variations in hydraulic regime during flooding. In general, a rapid evolution phase is followed by a slow stage, which in the most torrential sectors has still not reached the equilibrium threshold.     

海勃湾枢纽对坝后河道冲淤的影响

随着黄河上游控制性水利枢纽相继投入运用,黄河内蒙古段河道冲淤演变格局得到重塑。利用水文站实测数据,系统分析了海勃湾水利枢纽建设运行前后坝后河道水沙变化特征。基于河道断面高程数据,从滩槽冲淤（横向）及沿程冲淤（纵向）两方面定性分析坝后河道形态变迁,采用断面地形法定量计算坝后河道冲淤变化量。结果表明：海勃湾水利枢纽蓄水运用后,坝后河道的水沙搭配条件显著改善,来沙系数、单位径流量的输沙量降幅较大,对坝后河道减淤冲刷作用明显。坝后河道横纵断面变迁以冲刷为主,冲淤演变过程经历了淤积（2004—2012年）、冲淤过渡（2012—2014年）、冲刷（2014—2020年）3个阶段。     

澜沧江河道冲淤变化特征及发展趋势

文章根据20多年来澜沧江河道断面形态、来水来沙的实测资料,分析了冲淤变化特征及其与来沙系数的相互关系。还根据澜沧江天然来沙量的变化趋势,梯级开发后可能发生的来沙量变化,探讨了澜沧江河道冲淤变化的可能发展趋势     

黄河中游龙口—天桥段封冻期的河床演变

本文根据黄河河曲段六个封冻期的原型观测资料,对该冰塞河段冰期的河床演变及水内冰花在冰塞下的堆积——冰塞演变,进行了分析研究。总结出冰塞河段的河床演变特点与冰塞演变的相互关系,得出了河床冲淤及水内冰堆积计算的经验关系式及河床冲淤平衡的临界水力参数。文中还对有关冰期输沙的若干问题进行了讨论。     

Effect of grass coverage on sediment yield in the hillslope-gully side erosion system

By scouring experiments, the changeable process and characteristics of sediment yield in the hillslope-gully side erosion system with different coverage degrees and spatial locations of grass were studied. Five grass coverage degrees of 0, 30%, 50%, 70%, 90%, three spatial locations of grass (upslope, mid-slope, low-slope) and two water inflow rates of 3.2 L/min, 5.2 L/min were applied to a 0.5 by 7 m soil bed in scouring experiments. Results showed that the sediment yield decreased with the increase of grass coverage degree at 3.2 L/min water inflow rate in scouring experiments and the sediment yield with different grass locations on the sloping surface was in the order of upper > middle > lower. At 5.2 L/min water inflow rate, the differences of sediment yield among various grass coverage degrees were increased, whereas the changeable tendency of sediment yield with different grass locations on the whole sloping surface was not very obvious. The proportion of sediment yield from the gully side increased in an exponential relationship with the increase of grass coverage degree. When the grass was located on the lower position of hillslope, the influence for accelerating gully erosion is the greatest.     

长江中下游河道冲淤与河床自动调整作用分析

根据实测河道测图资料及水沙资料，首次利用断面地形法和输沙平衡法较全面地系统地计算分析了长江中下游河道泥沙的冲淤变化及其分布规律，计算结果表明宜昌－大通段呈冲槽、淤滩、淤汊特征；同时剖析和验证了长江中下游河床具有较强的自动调整作用。     

坡面草被覆盖对坡沟侵蚀产沙过程的影响

By scouring experiments, the changeable process and characteristics of sediment yield in the hillslope-gully side erosion system with different coverage degrees and spatial locations of grass were studied. Five grass coverage degrees of 0, 30%, 50%, 70%, 90%, three spatial locations of grass (upslope, mid-slope, low-slope) and two water inflow rates of 3.2 L/min, 5.2 L/min were applied to a 0.5 by 7 m soil bed in scouring experiments. Results showed that the sediment yield decreased with the increase of grass coverage degree at 3.2 L/min water inflow rate in scouring experiments and the sediment yield with different grass locations on the sloping surface was in the order of upper > middle > lower. At 5.2 L/min water inflow rate, the differences of sediment yield among various grass coverage degrees were increased, whereas the changeable tendency of sediment yield with different grass locations on the whole sloping surface was not very obvious. The proportion of sediment yield from the gully side increased in an exponential relationship with the increase of grass coverage degree. When the grass was located on the lower position of hillslope, the influence for accelerating gully erosion is the greatest. Foundation: National Basic Research Program of China, No.2007CB407201; National Key Technology R&D Program, No.2006BAB06B01-06; Science and Technique Development Foundation of YRIHR, No.200603 Author: Li Mian (1968–), Ph.D and Senior Engineer, specialized in soil erosion.     

澜沧江河道冲淤变化与来沙系数的格兰吉尔因果分析

采用格兰吉尔因果关系模型以及时间序列平稳性的ADF检验技术,结合23年的实测资料数据,分析了澜沧江天然来沙量的变化是否会导致澜沧江河道冲淤发生变化。结果发现:(1) 澜沧江历年来沙系数变化是一个不稳定的时间过程、但历年冲淤变化却是一个稳定的时间过程;(2) 澜沧江河道(允景洪断面)历年来沙系数变化对于冲淤变化不存在格兰吉尔因果关系,或前者对后者无预测关系,因此澜沧江河道来沙系数的增加(或减少)都不一定导致断面淤积量增大(或冲刷量增大)。前人得出的"随来沙系数的增大,断面淤积量有所增加,反之,则冲刷量增加"的结论值得商榷。