黄河中游小北干流段持续淤积期的主槽摆动特点

黄河中游小北干流河段为典型的游荡型河段,主槽经常发生摆动,揭示主槽摆动特点对研究该河段的河床演变规律具有重要意义.以1986-2001年小北干流段汛后卫星遥感资料与实测29个淤积大断面地形资料为基础,计算了断面及河段尺度的主槽摆动宽度与强度,定量分析了持续淤积期小北干流段的主槽摆动特点及其主要影响因素.计算结果表明:主槽摆动方向具有往复性,断面主槽摆动宽度沿程变化表现为上段大、中下两段小的特点,其中禹门口-庙前段多年平均主槽摆动宽度和强度分别为1151 m/a和0.70,是小北干流段中主槽摆动最为剧烈的河段;建立了小北干流段主槽摆动强度与上游水沙条件(来沙系数)与下游侵蚀基准面(潼关高程)之间的单因素及多因素响应关系,并对综合关系式进行了率定与验证.在综合关系式中,主槽摆动强度随来沙系数和潼关高程的增大而增大,且两者在该关系式中的占比平均值分别为89.3%和10.7%,说明水沙条件是影响黄河中游小北干流段主槽摆动强度的主要因素,潼关高程是次要因素.采用该经验公式得到的计算值与实测值总体符合较好,可用于计算和预测小北干流段持续淤积期的主槽摆动过程.     

黄河下游治理的地学基础

从黄河下游平原沉降与沉积特性、黄河下游河道特性、黄土高原侵蚀特性、黄河中下游暴雨洪水特性等方面,阐述了黄河下游治理的地学基础的内涵,并指出自全新世以来,黄河下游的地学属性诸要素虽存在继承性演变,但并未出现根本性变化.基于对黄河下游地学属性的分析,提出了关于黄河下游治理的几点认识：（1）基于下游的堆积性河流属性,在河道治理诸措施中,放淤应当是第一位的;（2）基于下游河道的游荡属性,应在加固现有大堤的基础上给予河道必要的游荡空间;（3）基于黄河河口海洋动力弱和三角洲的演变规律,应给予黄河尾闾必要的摆动空间;（4）基于黄土高原侵蚀环境不会根本改变,中游治理应以缓解地形破碎程度,使高原地貌形态朝营造局部＂夷平面＂的方向改善,而生态治理则应以＂退田还草＂为努力方向;（5）基于不能排除未来出现历史上特大洪水的可能性,应继续以历史特大洪水作为下游防洪的设防对象;（6）提出＂治黄周期律＂概念,并指出不能希冀今天的黄河下游河道能够永续利用,未雨绸缪研究黄河下游人为改道和新的流路是必要的.     

黄河尾闾段一维耦合水沙数学模型研究及其应用

小浪底水库于1999年运用以后,该河道经历了长时间持续冲刷过程.为掌握小浪底水库运用后黄河尾闾段洪水演进特点及河床冲淤规律,采用一维水沙数学模型研究是一条重要的途径.本研究首先采用浑水控制方程,建立了一维耦合水沙数学模型,并利用2003年利津-西河口段汛期实测水沙及汛前断面地形资料对该模型进行率定,计算的流量、水位及含沙量等过程与实测值吻合较好;然后采用2015年利津—汊3段汛期实测资料对该模型进行验证,结果显示水位与冲淤量计算值与实测值较为符合;最后基于2015年实测洪水过程,计算了若干组不同断面间距下的洪水演进及冲淤过程,分析了不同断面间距对沿程水位及河段冲淤量等计算结果的影响,结果表明:采用不同断面间距对水位计算结果影响较小,而对冲淤量计算结果会产生一定影响;在河段水沙及冲淤特性复杂的情况下,采用一维数学水沙模型计算时应考虑断面间距的选择.     

三峡工程运行前后的长江中游河段冲淤变化(1975-2017年)

气候变化和流域人类活动等综合影响改变了河道演变的自然进程,尤其是流域大型水库的影响,深刻改变了下游的水沙通量与河道演变过程及趋势.以三峡工程为对象,研究坝下游水沙通量及河道演变过程对三峡工程运行的响应关系,可加深大型水利枢纽运行对下游河道演变影响的认识.本文以长江中游河段（宜昌-湖口河段）为研究对象,分析1975-2017年河道冲淤变化,结果表明：近40年来,长江中游河床已发生了累积性的冲刷,近坝段砂卵石河段冲刷强度先增强后减弱,沙质河段冲刷强度呈增强态势.三峡工程运行后不同河型演变特征归纳为：分汊河段江心洲以冲刷为主,上荆江河段内实施的航道整治工程稳定了江心洲形态,但面积受清水下泄的影响呈减小态势,枯水期主汊分流比呈减小态势,部分汊道发生了主支汊交替变化;下荆江及下游分汊河段江心洲面积虽然交替变化,整体上航道整治工程控制了江心洲规模;弯曲河段凸岸侧边滩以冲刷为主,急弯段的凹岸侧深槽淤积,微弯段凸岸边滩冲刷,对应的凹岸侧深槽相对稳定.     

三峡水库运行后长江中游洪、枯水位变化特征

流域大型水库蓄水后,坝下游河道调整过程中的洪、枯水位变化,对下游水安全、水生态和水资源利用影响甚大.利用1955-2012年长江中游各水文站水位、流量等资料,采用改进的时间序列分析方法,对三峡水库运行前后长江中游洪、枯水位变化特征进行了研究,结果表明:三峡水库蓄水前长江中游洪、枯水位变化的周期长度分别为9~14、11~15 a,在假设三峡水库运行后水位无趋势性变化的前提下,估算得到的水位变化周期长度基本在20 a以上,蓄水前的自然周期性已被打破,枯水位发生趋势性下降且无复归迹象,而洪水位波动周期虽有所延长,但上升幅度未超过历史波动变幅,仅可确定洪水位没有明显的下降趋势.三峡水库蓄水后坝下游长距离冲刷,枯水河槽冲刷量占平滩河槽的比例逐年增加,累计至2013年已达91.5%,是枯水位下降的主控因素.河槽冲刷导致的床沙粗化增加了河道床面阻力,高程在平滩水位附近的滩体上覆盖的大量植被增加了水流流动阻力,同时大量航道整治、护岸、码头等工程主体部分布设在枯水位以上,综合因素作用使得洪水河槽阻力增加.三峡水库蓄水后,虽然枯水期流量补偿作用显著削弱了枯水位下降的效应,但枯水位下降事实已经形成,不利于航道水深的提高及通江湖泊枯水期的水量存蓄,洪水位未明显下降,同级流量下的江湖槽蓄量不会明显调整.     

考虑河道整治工程影响的一维水沙数学模型及其应用

在冲积河流上,各类河道整治工程的实施一定程度上会影响河床的演变过程.本文通过改进现有的一维水沙数学模型,重点研究护岸及护滩(底)这类限制河床进一步冲刷的整治工程对水沙输移及河床冲淤变形的影响.首先对固定断面的各节点采用特定的代码进行标记,以此区分河漫滩、有或无整治工程的主槽区域.然后对悬沙输移及河床冲淤变形模块进行改进:当断面发生淤积时,其形态调整不受整治工程的影响,淤积量将在整个断面上进行分配;当发生冲刷时,断面形态调整仅发生在未实施工程的位置或者受工程限制但形成了一定厚度淤积层的区域;在实施了整治工程且无法提供沙源的区域,河床冲刷则不会发生.最后长江中游荆江段2016年的模拟结果表明:考虑整治工程情况时,改进模型计算的河道冲刷量偏小且与实测值更为接近;河槽断面形态与实测结果也更为吻合.     

流域因素与人类活动对黄河下游河道输沙功能的影响

从泥沙收支平衡的概念出发定义了河道的输沙功能, 提出了河道输沙功能的定量指标, 研究了流域自然因子和人类活动对黄河下游河道输沙功能的影响. 这种影响可以用不同水沙来源区的降水量、进入黄河下游的大于0.05 mm粗泥沙占来沙量百分比、黄河上游水库对汛期清水基流的调节程度(以兰州站汛期径流量占全年百分比表示)、高含沙水流频率、流域内水土保持措施实施面积等来定量表达. 运用多元回归分析方法, 建立了黄河下游河道输沙功能指标与上述7个因子之间的多元回归方程. 表明不同水沙来源区降水量的减少对下游河道输沙功能的影响是不同的. 河口镇以上清水区和龙门至三门峡之间年降水量减少, 将导致下游河道输沙功能指标降低; 河口镇至龙门间降水减少, 将导致下游河道输沙功能指标增高. 来沙的组成强烈地影响下游河道输沙功能指标, 进入黄河下游的大于0.05 mm粗泥沙占来沙量百分比越大, 则河道输沙功能指标越低. 因此, 小浪底水库拦截粗泥沙、排出细泥沙, 将有利于提高下游河道输沙功能指标. 兰州站汛期径流量占全年百分比越低, 下游河道输沙功能指标越低, 说明黄河上游水库大量拦截汛期清水基流, 是下游河道输沙功能降低的原因之一.     

黄河下游堤防土程隐患探测技术与应用

黄河下游堤防是各个时期逐步修筑而成的,各次修筑质量参差不齐,加上历史决口堵复时使用的物料腐烂和有害动物破坏,近年来水量减少、断流增加,河道淤积严重,水流散乱,河势极其不稳,致使堤防工程形成众多险点隐患.本文根据黄河下游堤防工程特点,成功地运用高密度电阻率法技术探测堤防隐患,取得了较好的探测效果,为堤防工程的检测和监测提供了可靠的资料.     

三峡水库蓄水运用以来长江中下游沙量平衡分析

以三峡工程为核心的梯级水库群联合调度运用显著改变水沙条件,坝下游河段出现长时间、长距离的冲淤调整,长江中下游沙量平衡分析是合理评估水库群修建对河道影响的重要依据,是河湖管理与保护的关键支撑.本文基于长时间序列原型观测资料,采用沙量平衡法分析长江中下游不同时空尺度泥沙沿程恢复特征,对比断面地形法计算结果,结合河道空间区域性特征,从临底悬沙测验误差、断面代表性及断面间距、河道采砂等多角度深入揭示两种方法计算冲淤量产生差异的主要原因.结果表明:(1)2003-2018年宜昌至大通河段冲刷泥沙10.76亿t,其中粒径d<0.125 mm的泥沙冲刷量占比达90.9%.以螺山为界,宜昌至螺山段"粗细均冲",螺山至大通河段则"细冲粗淤";(2)宜昌至大通河段2003-2018年沙量平衡法与断面地形法计算冲淤量相对偏差为71%,从沿程差异分布来看,距离三峡大坝坝址较近的宜昌至沙市河段两方法计算绝对差值较小,而沙市至大通河段差值较大,占宜昌至大通全河段绝对偏差的近86%;(3)宜昌至沙市河段河道采砂量占实测河床冲刷量的比例约为20%,临底悬沙对输沙量的改正比例为13.2%~26.7%(平均约为20%),修正后,沙量平衡法、断面地形法计算结果吻合相对较好;沙市至大通河段泥沙测验、固定断面布设、河道采砂等是导致沙量平衡法与断面地形法出现差异的主要原因.     

三峡水库蓄水后上荆江不同河床组成江心洲的演变过程及其机制

三峡及上游梯级水库群运用后,大坝下游江心洲以冲刷为主,直接影响分汊河段河势条件及航道边界的稳定性。本文采用卫星遥感影像、实测水沙及固定断面床沙级配等资料,分析上荆江枝江、沙市河段中不同河床组成江心洲的演变过程及其机理。结果表明:(1)三峡水库蓄水后(2003—2019年),沙市段沙质江心洲较枝江段卵石夹沙质江心洲萎缩更为显著,出露面积的减幅分别达31%和24%。(2)以关洲和金城洲分别代表卵石夹沙质和沙质江心洲,三峡工程运用后关洲洲头形态较为稳定,受无序采砂的影响其沙质组成的洲尾面积显著减小,而金城洲面积萎缩程度更大。(3)床沙组成对江心洲冲刷程度差异具有重要影响,关洲洲头较金城洲抗冲性更强,与其床沙在年内达到起动条件的数量更少、时长更短有关;建立了江心洲面积与水流冲刷强度及相对水深的定量关系,该关系能综合考虑水沙变化与床沙组成调整的影响,能更好地反演近期江心洲的面积变化特点。     

琼中地震台重力仪记录同震响应特征分析

2013年2月6-8日圣克鲁斯群岛发生6次强震,琼中地震台的重力仪记录都有同震响应出现。本文从重力仪记录的面波的延迟时间、最大变形幅度、同震持续时间3个方面研究了6次强震的同震响应特征。     

On the Mechanism of the Secular Tidal Acceleration of the Solid Inner Core and the Viscosity of the Liquid Core

As is known, the secular deceleration of the Earth's diurnal rotation is explained mainly by the tidal friction in the ocean. Below we consider this mechanism in some detail, taking into account also elastic deformations of the mantle under the action of ocean loading and the interaction between the tide-generating body, ocean tidal wave, liquid outer core, and solid inner core. It is shown that elastic displacements of the core-mantle boundary under the action of ocean loading are of about the same amplitude and phase as the elastic loading displacements of the Earth's outer surface. As a result, side by side with the mechanism of secular deceleration of diurnal rotation of the mantle, there are also (1) the opposite mechanism of secular acceleration of diurnal rotation of the outer liquid core and of the solid inner core and (2) the mechanism of excitation of differential rotation in the liquid core. Taking these effects into account, we compare theoretical and modern observed data on the eastward drift of the solid inner core. It is shown that the best agreement may be obtained if the turbulent viscosity of the liquid core is about 2 × 10 ³ Poise     

Comparison Between the Nutations of the Planet Mars and the Nutations of the Earth

The nutations of the planets Mars andEarth are investigated and compared. Alarge number of interior structureparameters are involved in the nutationcomputations. The comparison between the observations and the computationsprovides several constraints on these parmeters andtherefore allows a better understanding of the physics of the interior of theplanet. For the Earth, the high precision of the observations of the nutationshas led to a very good determination of interior properties of the planet. ForMars, observations of nutations are not yet available, and we review how theamplitude of the Martian nutations depends on the hypotheses consideredfor its interior. Although Mars is very similar to the Earth, its interior is not well known;for example, we don't knowif its core is liquid or solid. Only if the core is liquid,the Free Core Nutation (FCN) normal mode exists and can alter the nutationswhich are close to the resonance. From the observed geoids, it is known thatboth planets are not in hydrostatic equilibrium. The departure is larger forMars than for the Earth, and consequently, the implication of considering a convective mantle instead of a mantle in hydrostatic equilibrium described byClairaut's equation for the initial equilibrium state of the planet is largeron the Martian nutations than on the Earth nutations. The consequences of theuncertainty in the core dimensions are also examined and shown to be of a veryhigh influence for Mars if the core is liquid, due to the potential changes inthe FCN resonance. The influence of the presence of an inner core, which isknown to exist for the Earth, could be more important for Mars than for theEarth if the inner core is large. Due to the presence of Tharsis on Mars, thetriaxiality of this planet has, additionally, larger effects than on Earth.     

Contribution to the knowledge of the magmatic evolution by the study of the variation of the coefficient of viscosity

The determination of the coefficient of viscosity of eruptive products gives useful elements to the knowledge of possible variations of composition and physical conditions of the magmas.     

Pictorial Series of the Manifestations of the Dynamics of the Earth

Studia Geophysica et Geodaetica -     

动水压力对深水桥墩地震响应影响的研究综述

地震激励下处于深水中的桥墩和周围水体的相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。首先对地震作用下水-桥墩的相互作用理论做了概括,给出了动水压力对桥墩的作用效应及各自的适用范围;对主要的三种考虑流固耦合效应的分析方法做了对比,探讨了地震作用下影响水-结构相互作用的主要因素,并对今后的研究提出了建议。     

Evolution of the Source of the Active Region of the Sun

Geomagnetism and Aeronomy - The magnetic evolution of the active region of the Sun at the level of the photosphere has been studied. Magnetic synoptic maps of the 2007 Kitt Peak Observatory were...     

On the solution of the reverse problem of geodesics with the help of the chord

Резюме Дается вывод формул для вычислений длины хорды, длины и азимутов нормаляных сечений и длины геодезической линии эллипсоида. Применяются тригонометрические функции данных величин и постоянные принятого ргфгргнц-эллипсоида, что является целесообразным при использовании вычислителQjных машин, особенно автоматов. Рабочие формулы рекомендуются в форме (8–11).

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Dedicated to Professor František Fiala on His 85th Birthday

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Address: Veveři 95, Brno.     

Magnetic stratigraphy of the Ordovician in the lower reach of the Kotuy River: the age of the Bysy-Yuryakh stratum and the rate of geomagnetic reversals on the eve of the superchron

Until recently, the existing data prevented the geophysicists from accurately dating the Bysy-Yuryakh stratum, which outcrops in the middle reach of the Kotuy River, constraining the time of its formation to a wide interval from the end of the Late Cambrian to the beginning of the Silurian. The obtained paleomagnetic data unambiguously correlate the Bysy-Yuryakh stratum to the Nyaian regional stage and constrain its formation, at least a considerable part of it, by the Tremadocian. This result perfectly agrees with the data on the Bysy-Yuryakh conodonts studied in this work and yields a spectacular example of the successful application of paleomagnetic studies in solving important tasks of stratigraphy and, correspondingly, petroleum geology. Within the Bysy-Yuryakh stratum, we revealed a large normal-polarity interval corresponding to the long (>1 Ma) period when the geomagnetic reversals were absent. This result, in combination with the data for the Tremadocian and Middle–Upper Cambrian sequences of the other regions, indicates that (1) the rate of occurrence of the geomagnetic reversals on the eve of the Ordovician Moyero superchron of reversed polarity was at most one reversal per Ma; (2) the superchron does not switch on instantaneously but is preceded by a certain gradual change in the operation conditions of the dynamo mechanism which, inter alia, manifests itself by the reduction of the frequency of geomagnetic reversals with the approach of the superchron. This finding supports the views according to which a process preparing the establishment of the superchrons takes place at the core–mantle boundary.