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。     

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。     

黄河内蒙河段河床冲淤演变特征及原因

利用黄河内蒙段1962-2000年间4期大断面观测资料,计算了各期河床冲淤和河槽形态指标。发现从1962-2000年间前20年、中间9年及后9年,内蒙河段河槽500m²过水面积下河底高程发生了降低-升高-再升高的过程;河槽漫滩过水面积经历了升高-降低-再降低的过程,2000年只有1982年的大约一半;滩地经历了持续淤积过程,平均抬升0.25m;河槽宽深比值经历了变化不显著-增加-减小的过程。分析结果表明:气候变化、引水、水库拦沙和重点产沙支流来沙变化在河床冲淤和河床形态调整中作用较大;水库对径流的年内调节对1982年后河槽淤积贡献较大;来水来沙变化下河流多要素自动调整是造成河槽形态变化过程复杂的原因。     

黄河口清水沟流路的河床演变及其影响

黄河口清水沟流路先后经历了游荡型,顺直型和弯曲型和河床演变阶段。与此同时,河流的冲淤变化经历了摆动淤积,造床冲刷和延伸淤积三个阶段,这些变化对河床纵剖面,水位和险情带来了某些较深刻的影响。     

黄河内蒙古河段非汛期和汛期冲淤量计算方法

基于多沙河流“多来多排”的经验输沙公式,建立了考虑上站来沙量、前期河床累计淤积量、临界输沙水量及干支流泥沙粒径影响的非汛期和汛期输沙量一般表达式。在此基础上,根据黄河内蒙古河段1952-2010年实测的水沙资料,将其应用于黄河内蒙古河段巴彦高勒—三湖河口河段、三湖河口—头道拐河段以及巴彦高勒—头道拐全河段非汛期和汛期输沙量的计算,并应用输沙率法计算了各河段1952-2010年的非汛期和汛期冲淤量及其相应的累计冲淤量。通过输沙量、冲淤量和累计冲淤量计算值与实测值的对比表明,各河段非汛期和汛期输沙量、冲淤量及相应的累计淤积量计算值与实测值的吻合较好,其中非汛期和汛期输沙量计算值和实测值之间的相关系数R²分别约为0.93和0.97;非汛期和汛期冲淤量计算值与实测值之间的相关系数R²分别约为0.80和0.90;非汛期和汛期累计冲淤量之间的相关系数R²分别约为0.94和0.99。结果表明,就吻合程度而言,累计冲淤量优于年冲淤量,汛期优于非汛期。本文建立的冲淤量方法能够很好模拟该河段长历时的非汛期和汛期冲淤过程,可为黄河内蒙古河段输沙量及长期淤积发展趋势的分析提供科学依据。     

基于DEM的西江磨刀门水道近40年来河床演变特征研究

建立了西江干流磨刀门水道1962年、1977年、1999年的DEM,研究珠江三角洲磨刀门水道近40年的河床演变.结果表明:1962-1999年磨刀门水道总体表现为冲刷状态,净冲刷量约576万m3/a,年均冲刷率16万m3/a,单位河长冲刷率约13万m3/km,断面面积减小,河床深槽范围扩大,平均水深、河宽均增大,宽深比减小,断面向窄深发展;但不同时段冲淤特性表现不同,1962-1977年表现为淤积,淤积量2033万m3;1977-1999年处于冲刷状态,冲刷量2 617万m3.磨刀门水道不同阶段河床冲淤演变与流域人类活动引起的来水来沙变化、三角洲网河联围筑闸、河床采砂以及由此引起的三角洲网河水沙分配变化等因素密切相关.整体看,磨刀门水道近期演变趋势仍将表现为以冲刷为主的自适应调整.     

黄河上游内蒙古段河床演变及其与水沙变化的关系

对黄河内蒙古段河道大断面进行了连续4 a的测量,分析了断面泥沙冲淤与形态调整的变化过程;通过对河床形态指标变化与水沙条件的相关分析,揭示了河床调整主要的影响因素。结果显示：近4 a内不存在河槽萎缩的现象,整个河段河道存在总的冲刷降低的趋势,继承了自2004年以来该段河道以深度加大为主,河槽逐渐缓慢扩大的变化方向。整个河段平均从2011年汛后至2014年汛后,全断面冲刷了64 m²,河槽河底降低了0.16 m,河槽断面面积增加了4.4%,平均深度增加了4.9%,河槽宽度只增加了0.88%,河槽宽深比减小了4.8%。河槽冲刷和形态调整主要发生在2011年汛后至2012年汛后期间,与2012年较大的洪峰有关。分析河槽冲淤和断面形态变化与水沙条件的关系,结果显示滩唇高度、河槽过水面积、平均深度及宽深比变率与流量大小关系密切。滩唇高度、河槽过水面积、平均深度随着流量的增大而增加,宽深比随着流量的增大而减小。相反,河床断面面积和主槽宽度的变化与水沙条件的关系不显著。除了滩唇高度与平均含沙量有关外,平均含沙量和来沙系数与河床冲淤以及河槽形态变化之间关系都不显著。揭示出近年来内蒙河道主槽以垂向冲淤为主,并且流量变化控制着河槽冲淤与形态调整过程。     

黄河下游游荡段河床调整对于水沙组合的复杂响应

以黄河资料为基础,提示地包括非高含沙水流和高含沙水流在内的河道挟不流的复杂冲淤行为。由于这种复杂冲淤行为的作用和高含沙水流特殊能耗特征的影响,使得河床横断面形态及平面形态对于水沙组合的响应出现非线性特征,这可视为流水地貌系统复杂响应的又一表现形式。这种复杂响应不能用Ｓｃｈｕｍｍ的河床调整来解释,因而需要对这一理论作必要的修正。     

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。     

椒江河口悬沙运动及其对河床冲淤的影响

在以细颗粒泥沙为主的椒江河口,悬沙中存在着具有两种不同沉降机理的颗粒,即单颗粒沉降和絮凝沉降。文章认为,在上游迳流不大的条件下,涨潮流以冲刷作用为主,而落潮流则表现为淤积作用。通过有关资料的分析及计算,本文确认在椒江河口区下游存在一定强度的横向水流,造成了净向南的横向输沙,达直接影响到河口含沙量的南北分布。河口高含沙区与浮泥体系的形成及其消长变化,是一个引人注目的问题。椒江河口与大多数河口高含沙区一样,存住着涨落潮、大小潮及洪枯季的变化规律。高含沙区的成因归结于河口流速场的分布以及细颗粒泥沙的絮凝作用。椒江河床自动调整幅度大,速度快,冲淤过程具有一定的变化周期,冲淤数在空间上的分布十分不均匀。     

黄河小北干流汛期和非汛期冲淤过程模拟

滞后性是河流系统自动调整的重要特征之一。根据河道演变的滞后响应机制,在考虑上游来水来沙和下游侵蚀基准面（潼关高程）共同影响的基础上,建立了能够模拟河道汛期和非汛期冲淤过程的滞后响应模型,并采用黄河小北干流1960-2015年的冲淤资料进行参数率定（1960-2001年）和模型验证（2002-2015年）。结果表明该模型能较好地模拟小北干流汛期和非汛期的冲淤过程。汛期和非汛期累计冲淤量的模拟效果优于单个冲淤量;累计冲淤量和单个冲淤量的模拟效果汛期要优于非汛期。三门峡水库修建后,1960-2015年间小北干流汛期和非汛期的冲淤过程表现出时段差异。根据建立的滞后响应模型,本文分析了来水来沙和潼关高程对小北干流汛期和非汛期各个特征时段冲淤的贡献率,汛期和非汛期的第一时段（1960-1970年,1960-1968年）主要受到潼关高程的影响,但是后续时段主要受到来水来沙的影响。     

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。     

河口河槽季节性冲淤变化及其对河流来水来沙响应的统计分析——以长江口南槽为例

利用长江口南槽1989年12个月的实测地形图和大通站相应的水沙资料,采用GIS技术和数理统计技术分析了南槽的地形变化与河流来水来沙的关系。结果表明:南槽水深与大通站各月平均流量、输沙率和含沙量之间有明显的相关性,说明河口冲淤对流域水沙变化有敏感响应;河槽的响应具有1~1.5月的滞后性。     

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。     

大河三角洲河口海岸演化机理模型研究:(II)模型构建与实证

本文以z坐标下的三维斜压海洋动力学数值模式为基本模式原型 ,在整理渤海基本数据并诊断计算风生环流和热盐环流作为背景环流场基础上 ,初步建立了渤海海域动力环境数值模式。模式采用了经校正的Bagnold型方程来计算渤海底移质沉积物输运 ,悬移质计算则是取二维深度平均悬移质输运方程和河床变形方程 ,计算含沙量分布以及由悬移物引起的冲淤厚度。利用这种方法建立的沉积物输运模式 ,定量模拟了渤海沿岸和海底的沉积物输运方向和冲淤分布。模拟结果与通过多年实测水深估算获得的渤海海底沉积物的冲淤变化分布相比较 ,两者之间在基本结论上是比较一致的     

大河三角洲河口海岸演化机理模型研究:(II)模型构建与实证

本文以z坐标下的三维斜压海洋动力学数值模式为基本模式原型,在整理渤海基本数据并诊断计算风生环流和热盐环流作为背景环流场基础上,初步建立了渤海海域动力环境数值模式。模式采用了经校正的Bagnold型方程来计算渤海底移质沉积物输运,悬移质计算则是取二维深度平均悬移质输运方程和河床变形方程,计算含沙量分布以及由悬移物引起的冲淤厚度。利用这种方法建立的沉积物输运模式,定量模拟了渤海沿岸和海底的沉积物输运方向和冲淤分布。模拟结果与通过多年实测水深估算获得的渤海海底沉积物的冲淤变化分布相比较,两者之间在基本结论上是比较一致的     

杭州湾北岸的侵蚀／淤积波及其形成机制

杭州湾北岸岸滩冲淤变化频繁,侵蚀作用和淤积作用在时间和空间上交互更迭,形成了侵蚀波和淤积波。本文通过不同年代地形图的对比,结合自然条件的分析,探讨杭州湾北岸岸滩冲淤变化的特征和趋势,揭示该岸段慢／淤积波的形成机制,为杭湾北岩的开发利用和海岸防护提供科学依据。     

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。     

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。     

地形图实时高精度几何校正方法探讨

针对手工地形图校正效率低下问题,提出地形图实时高精度自动几何校正方法.该方法使用快速直线检测算法保证了校正的实时性;根据直线检测的结果,通过模式识别和Hough变换方程实现交点位置的高精度获取,其结果既包括原图绝大多数方里网交点,也有部分误匹配点;根据方里网空间特性,对交点在水平和垂直方向分别建立Hough变换方程,滤除所有错误交点;最后通过人工输入任意一个交点的投影坐标,对其他交点坐标自动计算,从而对原图实现自动校正.研究表明,该方法不仅运算效率和空间精度高,而且整个过程只需要少量的人工干预,使地形图实时高精度校正成为现实.