河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究进展

河道内水流和泥沙是污染物迁移转化的主要载体,研究河道内污染物迁移转化过程以及水沙运动对其影响对于治理日益恶化的河流水环境非常重要。结合国内外研究最新动态,对水沙运动作用下污染物迁移转化的试验研究、作用机理、理论模式和数学模型等进行了总结和概述,重点对几种典型的理论模式和数学模型进行了比较分析。目前河流水沙运动对污染物迁移转化效应相关研究存在试验方法比较局限、作用机理存在分歧、理论模式和数学模型不完备等问题,需要进一步进行室内和野外试验技术创新、颗粒界面动力学的微观探索以及污染物在上下覆水和界面上迁移转化理论研究。对河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究的研究方向提出了展望。     

河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究进展

河道内水流和泥沙是污染物迁移转化的主要载体,研究河道内污染物迁移转化过程以及水沙运动对其影响对于治理日益恶化的河流水环境非常重要。结合国内外研究最新动态,对水沙运动作用下污染物迁移转化的试验研究、作用机理、理论模式和数学模型等进行了总结和概述,重点对几种典型的理论模式和数学模型进行了比较分析。目前河流水沙运动对污染物迁移转化效应相关研究存在试验方法比较局限、作用机理存在分歧、理论模式和数学模型不完备等问题,需要进一步进行室内和野外试验技术创新、颗粒界面动力学的微观探索以及污染物在上下覆水和界面上迁移转化理论研究。对河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究的研究方向提出了展望。     

河流水沙过程二重性及健康关系分析

水沙被称之为河流系统的基本要素,是整个河流系统的动力因素,本文先对河流水沙的二重性进行了论述,然后对河流健康的潜在威胁进行了分析,随后对河流健康的内涵进行了讨论,从河流系统对水沙过程变化的响应、河流系统对水沙过程的适应性以及河流健康的实质三个方面详细论述了水沙过程变化与河流健康的关系,分析了健康河流在维持河流生态环境及在人类服务中的功能,明确了健康河流和水沙过程调节的基本关系,有利于河流开发和水沙过程控制。     

水沙变异条件下的河流系统调整及其研究进展

保持河流各方面整体协调是流域开发研究的重点和必然趋势,研究水沙变异条件下河流系统的调整机理,对于河流健康的保障具有重要意义.总结分析了水沙变异与河流系统的作用特性,明确了河流系统中水文、水力、地貌、生态等方面的各种调整实际上是与系统输入特性的特定变化相联系的;回顾了对河流系统及其功能的认识过程与研究现状,展望了将来的研究趋势.     

平原河网地区河流曲度及城市化响应

河流曲度是河流平面形态的重要表征指标,以平原河网地区典型区域——上海为例,分析了20世纪50年代中心城区高密度河网的河流曲度特征,诊断了近60年以来快速城市化对区域河网及河流曲度的影响。研究认为:①近60年来上海中心城区河网密度下降幅度达67.22%,高强度人类活动导致区域河网水系分枝结构与自然规律完全相反;②平原河网地区是顺直型河流的典型发育区域,研究初期上海中心城区顺直型河流占85.40%,进一步分析表明曲度小于1.1的河流比例高达70.57%,河流形态接近于直线型;③上海中心城区消亡河流以顺直型为主,其消亡速率约为较高曲度河流的12倍,采用加权平均曲度指标描述区域河网萎缩对河流曲度的影响具有更好的直观性和科学性;④上海城市河流综合整治实践中,工程水利的倾向性强于生态水利,60.9%的河流整治项目开展了裁弯取直工程措施。     

维持黄河流域水沙平衡的调控指标阈值体系研究

推进黄河流域系统治理与黄河水沙协同调控是确保黄河长久安澜的关键。因受气候、生态、地形地貌和强人类活动等多系统耦合影响,约束黄河水沙整体行为的分系统协调以及各单系统水沙关系协调的表征指标筛选及其阈值确定,一直是治黄实践的难题。基于维持黄河全流域水沙平衡,构建了黄土高原-干流河道-河口水沙协同调控三级指标阈值体系,包括1个一级指标、8个二级指标和20个三级指标。结果表明：(1)流域侵蚀防控指标阈值体系中,60%的林草梯田覆盖率下可致产沙的次降水量阈值为57 mm;可基本遏制流域产沙的林草有效覆盖率和梯田比阈值分别为60%和40%;淤地坝拦沙减蚀阈值为三级沟道控制率40%～50%。(2)河道水沙调控指标阈值体系中,近期宁蒙河段平滩流量阈值约为2 000 m³/s,远期黑山峡水库建成后宁蒙河段平滩流量阈值约为2 500 m³/s;近期潼关高程调控阈值约为328 m,远期古贤水库建成后潼关高程可冲刷下降至326 m左右;下游河道平滩流量阈值约为4 000 m³/s。(3)考虑黄河三角洲淤蚀动态平衡,河口稳定沙量阈值约为2.6亿t/...     

黄淮海地区湿地水生态过程、水环境效应及生态安全调控

围绕国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“黄淮海地区湿地水生态过程、水环境效应及生态安全调控”,介绍了湿地水生态过程、水环境效应和生态安全调控研究对我国社会与科技发展的意义、研究现状和发展趋势、拟解决的关键科学问题、主要研究内容和研究总体方案。该项研究的最终目标是发展一套集河流、湖沼、河口等湿地系统组分于一体的湿地系统层面上的湿地学理论,解决我国湿地研究面临的一系列基础科学问题,有效协调区域社会经济发展与湿地保护之间的矛盾,为建立不同目标下湿地系统整体调控模式,构建生态、社会和经济相互协调及环境友好型社会体系提供理论和技术支撑。     

黄河口水沙过程变异及其对河口海岸造陆的影响

采用实测资料分析和理论探讨的方法,研究了黄河口海岸造陆与水沙过程变异的关系.研究结果表明:黄河口陆域来水来沙是海岸造陆的基础,来水来沙越大,造陆面积越大,水沙过程变异后,由于水沙的急剧减少,黄河口海岸造陆速度减缓,典型岸段严重蚀退造陆面积也大幅减小;尾闾河道萎缩对海岸造陆影响较大,萎缩越严重,越不利于海岸的造陆发育.运用多元回归分析建立了黄河口海岸造陆水沙临界综合关系式,可供科学调控来水来沙实施黄河口海岸防护过程中参考.     

水库群水沙调控的单-多目标调度模型及其应用

为缓解内蒙古河段"二级悬河"形势,以黄河上游沙漠宽谷河段为研究对象,以龙羊峡水库、刘家峡水库为调控主体,开展黄河上游水沙调控研究。建立了输沙量、发电量最大的单目标模型以及多目标模型;分别采用自迭代模拟算法、逐次逼近动态规划算法(DPSA)和改进的非支配排序遗传优化算法(NSGA-Ⅱ)求解模型;设置了初始、常规、优化和联合优化4种方案。通过实例计算,联合优化调度方案的区间总冲刷量达到了0.38亿t,梯级发电量148.22亿kW·h。该方案以较小的电量损失换来了输沙量的大幅度增加,水沙调控效果显著,推荐为最优方案。研究成果量化了水沙调控效果和各目标间的转化规律,为开展黄河上游水沙调控提供了决策依据,具有重要的应用价值和实际指导意义。     

冲绳海槽中部28ka以来陆源物质输入和古环境演化的生源组分记录

沉积物中有机碳、生物碳酸盐和生物硅等生源组分的埋藏速率在很大程度上受到海洋古生产力的控制,常常被用作古生产力的替代指标。本文利用TOC、生物硅及CaCO3等生源组分探讨冲绳海槽中部DGKS9604孔(28°16.64'N,127°01.43'E;水深766m;柱长10.76m)距今28ka以来陆源物质输入和古环境演化对海洋生产力的影响。研究结果表明,在冬季风较强的末次冰期晚期(28~22kaB.P.),长江直接输运大量的陆源营养物质进入冲绳海槽,古生产力较高; 在末次盛冰期(LGM,22~18kaB.P.),虽然河口距离海槽区更近,但大陆流域降水匮乏,河流入海径流量偏低导致海槽陆源营养物质明显减少,生产力降低,表现在生物硅和有机碳堆积速率明显降低; 冰消期早期生产力与末次盛冰期相比并未明显降低,此阶段气候回暖,大陆流域降雨增加,陆源物质输入相对较高。全新世早期,古生产力快速下降,既反映海平面降低,陆源物质输入减少,还可能与冰消期寡营养盐的黑潮在海槽加强有关。DGKS9604孔CaCO3含量及堆积速率变化的总体趋势与有机碳和生物硅相反,表现为末次冰期晚期低,冰消期以来逐渐升高,一方面反映陆源物质输入的稀释作用; 另一方面与黑潮加强致使钙质生物生产力增强有关。此外,15~7kaB.P.期间CaCO3含量及其堆积速率有几次明显降低,可能对应黑潮减弱、陆源冲淡水较强的环境事件。     

渭干河平原绿洲生态用水量初步估算

根据监测资料,采用蒸发系数法对渭干河平原绿洲各种土地类型的年耗水量进行了估算,并分析了其生态用水量。结果表明:(1)农林地的年耗水量为947～1026mm,草滩洼地的年耗水量为791～845mm,有稀疏植被荒地的年耗水量为308～415mm,未被利用土地、沙丘的年耗水量为137～172mm;(2)农林地的蒸发系数为0.83～0.86,草滩、洼地的蒸发系数为0.68～0.72,有稀疏植被荒地的蒸发系数为0.27～0.35;未被利用土地、沙丘的蒸发系数为0.12～0.15;(3)年生态用水量为11.18～13.47亿m3,占总收入水量(地下水入流、灌溉引水和降水量)的45%～49%。该结论可为西北地区平原绿洲水资源的合理配置提供科学依据。     

河流管理中含植物水流问题研究进展

河流管理涵盖灌溉、防洪、河流生态、环境等众多内容,其目的在于保护和恢复河流生态系统的整体生态功能。植物是具有生态功能河流的重要特征,为动物提供了栖息地,是维持河流健康发展的重要因素。由于植物的存在改变了水流运动特性和泥沙及污染物输移规律,含植物水流问题引起了河流管理领域的广泛关注,并且成为河流动力学新的重要的研究课题。回顾了当前国内外河流管理中含植物水流问题研究的主要成果,归纳为水流阻力、紊流结构、泥沙运动和被动标量扩散输移四个方面的研究内容,详细介绍了重要的研究方法、结论和量测手段,讨论了含植物水流问题当前研究存在的不足,并指出今后的研究趋势。     

沙质河道冲刷不平衡输沙机理及规律研究

通过动床水槽试验,观测沙波运动,揭示了湍流扫荡河床使表层床沙产生频发的群体起动冲刷现象。据此,提出了床沙交换及冲刷粗化分二个层次的物理模式;分析了冲刷时表层床沙粗化的必然性,确定了悬移质扩散过程中适于非均匀沙河床的新的近底边界条件。依据所建立的不平衡输沙立面二维数学模型,计算了大量不同情况下的含沙量扩散恢复过程,据此总结出了冲刷时含沙量恢复饱和系数α的预报公式及变化规律。     

河网非恒定水沙数学模型研究

建立了能够适用于多种情况的河网非恒定流水沙数学模型。推导提出了河网泥沙方程组的分级解法,提出了适用于河网计算的汊点分沙模式,分析和对比了多种分沙模式的适用性,对河网区域中可蓄水汊点也提出了相应的处理办法。采用汉江杜家台分蓄洪区的资料作了模型的验证和应用。     

不确定性信息下的河流纳污能力计算初探

基于河流水文、水质条件等因素的变化,在考虑参量取值可信度的基础上,运用未确知数学中有关盲数理论对不确定性信息下河流纳污能力计算问题进行了探讨.并以实际水体为例,求得相应可信度水平下纳污能力的未确知期望值.研究表明,运用未确知数学计算不确定信息下河流纳污能力,理论上是可行的,计算结果是可信的.为水质管理和保护,提供了科学依据.     

Complex variations in sediment transport at three large river bifurcations during discharge waves in the river Rhine

River bifurcations strongly control the distribution of water and sediment over a river system. A good understanding of this distribution process is crucial for river management. In this paper, an extensive data set from three large bifurcations in the Dutch Rhine is presented, containing data on bed‐load transport, suspended bed sediment transport, dune development and hydrodynamics. The data show complex variations in sediment transport during discharge waves. The objective of this paper is to examine and explain these measured variations in sediment transport. It is found that bend sorting upstream of the bifurcations leads to supply limitation, particularly in the downstream branch that originates in the outer bend of the main channel. Tidal water level variations lead to cyclical variations in the sediment distribution over the downstream branches. Lags in dune development cause complex hysteresis patterns in flow parameters and sediment transport. All bifurcations show evidence of sediment waves, which probably are intrinsic bifurcation phenomena. The complex transport processes at the three bifurcations cause distinct discontinuities in the downstream fining trend of the river. Differences among the studied river bifurcations are mainly due to differences in sediment mobility (Shields value). Because the variations in sediment transport are complex and poorly correlated with the flow discharge, prediction of the sediment distribution with existing relationships for one‐dimensional models is problematic.     

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。     

甘肃省黑河干流细土平原区灌溉水入渗运移的初步研究

西北干旱地带农业区的灌溉水入渗是地下水补给的重要途径.在甘肃省黑河干流细土平原区,利用中子仪和负压计观测了灌溉水入渗时包气带的含水率和土水势的变化,初步分析了灌溉水入渗运移规律,确定了灌溉水入渗补给系数随地下水埋深的变化,为本区进行地下水资源评价奠定了基础.     

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。     

浑水渗流理论及平原水库防渗技术研究

浑水渗流不同于清水渗流,在其渗流过程中,能够形成一层弱透水性的防渗层,减少渗漏水量。根据浑水渗流理论,提出采用引黄河浑水入库在库底形成淤积层来减少水库的渗漏。在分析了黄河浑水泥沙特点的基础上,研究黄河浑水引入平原水库形成的淤积层对库底渗漏的影响,并经室内试验研究得出渗漏量与淤积层的相关关系、不同水头对渗流量的影响关系,得出一定厚度的淤积层能够起到较好的防渗效果。将研究成果应用于平原水库库底防渗,经理论计算和工程应用评价,淤积层防渗效果能够满足设计要求,可为同类工程提供参考