江心洲头部冲淤动力临界特性

不同流量级下,分汊河段进口主流摆动导致江心洲头部的平面冲淤分布呈现出复杂变化特征。为探究江心洲头部冲淤与来流过程之间的响应关系,借助长江中下游多个分汊河段内水沙、地形资料,对江心洲头部水动力特征实施了数值模拟,并对不同流量级下的河床变形强度进行综合比较。研究表明:江心洲头部低滩的冲淤动力随着流量涨落呈现出明显的临界特性,冲淤过程中存在大、小两个临界流量Q₁与Q₂,在介于两个临界流量之间的流量级持续作用下,洲头低滩发生冲刷;流量大于Q₁或小于Q₂时,洲头低滩表现为淤积。由于不同流量级造成的冲淤效果不同,因而水文过程中各级流量的持续时间,是影响洲头低滩年内、年际变形的主要因素。     

网状河流的分汊河流的河型归属讨论

河流的河道平面表态分类有多种方案,其中Ｒｕｓｔ的分类因为出了网状河流而得到沉积学家的更多关注,中国地貌学界和水利学界则更关注钱宁的分类,其中包括分汊河流。目前,许多研究人员把网状河流和分汊河流当作同一类型的河流,文中从河型的定义,河道平面形态、地下沉积物特征、水动力、新河道形成机理和发育的地部位学等方面对分汊河流和网状河流进行对比,根据对比结果认为它们是不同的河型,为了便于沉积学家、水利学家以及地貌学家之间相互交流各片有关河流的研究成果,需要提出一个更符合实际的冲积河流分类方案。     

江心洲平衡形态水动力条件的理论分析

江心洲在何种水动力条件下具有稳定的形态一直是河床演变学中的核心问题,采用河道形态变分分析方法,综合分析分汊型河流在水流连续方程、阻力方程、推移质输沙方程和总流能量方程控制下的自动调整机理。以长江中下游两汊不对称的江心洲为研究对象,将其形态概化为规则的等腰三角形,详细数理分析发现,主汊的分沙比大于分流比是这类江心洲达到平衡的必要条件。当分汊河道达到平衡状态时,江心洲的形态会随着汊道间水沙分配比例的调整而变化,且分流比与分沙比越接近,江心洲越窄长。另外,利用长江中游监利汊道的实测水沙资料对理论分析进行验证,结果表明,江心洲形态的理论计算值与相应的实测值符合程度较好,相对误差为9.0%左右。     

分汊河道主支汊交替主导因子的转换模拟

进口水流条件及河道周界特征的改变是促使分汊河道主支汊交替的两大主要因素,不同类型的汊道对两者敏感性存在差异,辨析不同汊道主支汊交替的主导因素是预测汊道演变的前提。以长江中游分汊河道为参考,通过调整进口水流动力轴线走向及两汊的长度比设置了30种概化方案,采用平面二维水沙数学模型探讨上述两种因素对主支汊交替的影响。结论表明:两汊长度比存在一个临界值,当汊长比低于此临界值时,进口主流动力轴线的偏移是影响主、支汊交替的主要动力因素;超过此临界值后,进口水流条件变化对汊道分流格局的影响将会明显减弱,影响主支汊交替的主导因子将转换为汊道间的阻力对比关系;通过概化计算得到此临界值约为1.5。     

分汊河道主支汊交替主导因子的转换模拟

进口水流条件及河道周界特征的改变是促使分汊河道主支汊交替的两大主要因素，不同类型的汊道对两者敏感性存在差异，辨析不同汊道主支汊交替的主导因素是预测汊道演变的前提。以长江中游分汊河道为参考，通过调整进口水流动力轴线走向及两汊的长度比设置了30种概化方案，采用平面二维水沙数学模型探讨上述两种因素对主支汊交替的影响。结论表明：两汊长度比存在一个临界值，当汊长比低于此临界值时，进口主流动力轴线的偏移是影响主、支汊交替的主要动力因素；超过此临界值后，进口水流条件变化对汊道分流格局的影响将会明显减弱，影响主支汊交替的主导因子将转换为汊道间的阻力对比关系；通过概化计算得到此临界值约为1.5。     

岩溶塌陷的地质概化模型

对于岩溶塌陷机制的分析,应以其所处的地质条件为基础,在一定的水文地质条件的基础上,同样的土-岩体,可能具有完全不同的失稳机制.以工程实例为基础,提出了几种岩溶塌陷的盖层地质概化模型,并对每一种概化模型的致塌机制进行了分析和讨论,同时,还提出了水压差场与气压差场的概念.     

红粘土的微结构及其概化模型

本文论述红粘土的物质组成和微结构特征,在此基础上提出了红粘土微结构的概化模型,并根据这种模型对红粘土的工程特性进行了探讨。     

三峡库区马家沟滑坡模型形态概化

以三峡库区秭归县马家沟滑坡I号滑体为例, 为研究其在库水位升降和降雨条件下的变形破坏及稳定性, 对其采用框架式模型试验, 参照1∶40相似比进行了缩放.以模型概化前后滑坡稳定性系数相一致为目的, 在2.0m×1.0m×1.5m的试验框架内, 通过改变抗滑桩前的滑体、滑带的几何形态, 建立了与研究对象应力边界条件一致的地质力学模型.概化后对滑坡桩前边界推力和研究区后边界推力进行拟合, 得出相应于实际滑坡在不同水位时边界推力的折减系数.通过调节水位的升降速率来保证在水位变化时滑坡概化前后稳定性系数等效, 数值模拟结果显示滑坡模型的水位变化速率为0.7m/d、水位在183~204m范围内升降满足模拟实际滑坡水位在145~175m间变动的情况, 从而也验证了滑坡概化后模型的合理性.      

裂隙概化模型的非饱和渗流试验研究

借鉴多孔介质非饱和渗流试验的研究成果,研制出一套可同时测定单裂隙毛细压力-饱和度以及非饱和渗透系数-毛细压力关系的试验装置.为检验试验装置的可信度和试验原理的正确性,并初步探讨单裂隙非饱和渗流的机理,特制作了一阶梯开度的裂隙概化模型(本文称之为“S-H”裂隙模型),并在上述试验装置上进行了“S-H”裂隙模型的非饱和渗流试验,初步阐明了单裂隙非饱和渗流的一些基本水力特性,同时试验结果也表明本文试验装置和试验原理合理可靠.     

网状河流和分汊河流的河型归属讨论

河流的河道平面形态分类有多种方案 ,其中Rust的分类因为分出了网状河流而得到沉积学家的更多关注。中国地貌学界和水利学界则更关注钱宁的分类 ,其中包括分汊河流。目前 ,许多研究人员把网状河流和分汊河流当作同一类型的河流。文中从河型的定义、河道平面形态、地下沉积物特征、水动力、新河道形成机理和发育的地貌部位等方面对分汊河流和网状河流进行对比 ,根据对比结果认为它们是不同的河型。为了便于沉积学家、水利学家以及地貌学家之间相互交流各自有关河流的研究成果 ,需要提出一个更符合实际的冲积河流分类方案。     

卵石沙洲发育与冲刷试验

沙洲是塑造分汊型河道最重要的形态因子,其发育与蚀退由于上游来水来沙变化呈现冲淤交替,从而影响分汊河道输水输沙平衡.通过单个卵石沙洲的淤积和冲刷试验,揭示不同加沙速率、粒径和来流量条件下,沙洲淤积和冲刷规律,并建立简化理论模型分析沙洲淤积速率.结果表明,4组加沙试验中,分流点后出现明显淤积下延至洲头,左汊和右汊成为输沙通道,洲尾中心线两侧的左右汊道有泥沙淤积,洲尾未出现淤积.7组清水冲刷试验中,洲头最先承受冲刷和蚀退,并沿洲体冲刷延伸,洲头冲刷的泥沙沿左右汊水流带到下游,洲尾未出现明显冲刷.卵石沙洲以洲头淤积为主导发育模式,泥沙粒径、洲头坡角和分流角是决定淤积速率的关键因子.     

常年流水型砂质辫状河心滩坝内部落淤层展布样式探讨

利用露头和现代沉积资料,综合前人研究成果,分析认为常年流水型砂质辫状河落淤层的展布特征主要受心滩坝演化以及后期多次冲刷改造的影响,其中心滩坝演化对落淤层分布的影响最为重要。在此基础上,利用沉积学原理,重点从心滩坝演化的角度出发,通过单因素分析、多因素组合讨论了不同沉积作用条件下落淤层的保存及分布,建立了落淤层的3种总体分布样式,即近穹窿式、近水平式和单向倾斜式,并给出了地下表征的基本思路。这一研究可以为地下同一沉积模式的砂质辫状河储层内部落淤层的精细表征提供模式指导。     

长江澄通河段河床冲淤对流域减沙的响应

为研究潮汐河道不同区段在流域来沙减少条件下的冲淤响应机制,以长江澄通河段为例,根据水动力特性将其划分为江阴—天生港和天生港—徐六泾两段,结合1950—2014年的水沙资料及2005—2014年的地形资料,比较两段冲淤对流域减沙的响应差异。结果表明:上游江阴—天生港段对流域减沙敏感,较快地由淤积转为冲刷;下游天生港—徐六泾段1998—2004年期间受洪季平均径流流量减小、潮汐顶托作用相对增大的影响,冲刷速率为减小趋势,2004年以后受洪季平均径流流量增大、潮汐顶托作用相对减小及流域来沙持续减少的共同影响,冲刷速率为增大趋势。使得潮汐动力对天生港—徐六泾段由促淤变为促冲的临界洪季平均径流流量为36 000 m3/s,该径流流量也是使得潮汐顶托作用在江阴—天生港段由不显著变为显著的临界流量。目前,流域减沙已加剧澄通河段整体的冲刷。     

中国北方沙漠-黄土体系的沉积和侵蚀过程与未来趋向探析

中国北方有大面积的土地被沙漠和黄土覆盖,是现代沉积和侵蚀比较活跃的地区。强烈的地表过程不仅影响着区域的生产生活活动,还通过粉尘传输影响北半球甚至于更大范围的气候和环境。长期以来,由于综合研究不够,对沙漠-黄土体系的沉积和侵蚀规律以及未来趋向的认识有限。结合对沙漠沙地-黄土沉积的高密度光释光年代测试结果,基于地统计法和遥感分析的黄土堆积量估算以及现代降尘、地表侵蚀的观察研究,认为沙漠沙地-黄土堆积区的沉积和侵蚀过程受气候变化控制,这里既是堆积区,又是侵蚀区,处于动态变化过程中;黄土比沙地沉积保存着更完整的过去气候变化信息。黄土高原水蚀和风蚀在地质历史时期就存在,人类活动加强了侵蚀过程,但可能还没有实质性地改变这一趋向。通过对地质记录和古气候模拟结果的分析,在未来全球变暖的背景下,沙地地区可能由于有效湿度减少变干而使风尘活动加强,黄土高原地区的粉尘沉积速率也将随之加快。     

土质陡坡降雨侵蚀的数学模型及求解方法

建立了土质陡坡降雨侵蚀的数学模型,模型包括陡坡细沟间坡面流控制方程、变沟宽陡坡细沟流控制方程、陡坡细沟间坡面侵蚀泥沙连续方程及陡坡变沟宽细沟侵蚀泥沙连续方程。通过紊流冲击分布概率确定土壤剥蚀方程,确定了泥沙源/汇项的表达形式及细沟高程与宽度的表达式。通过有限元和有限差分相结合的方法求解该数学模型,利用有限单元法对数学模型的水动力方程、运动方程及泥沙连续方程进行空间上的离散,利用有限差分法解决时间域的问题,得出了顺序求解的数值计算公式及模型数值求解的具体方法和步骤。     

A field quantification of coastal dune perennial plants as indicators of surface stability, erosion or deposition

Dune plants both modify the wind field around them and are impacted by various stress factors, among them sand erosion and sand deposition. As coastal dunes are being either stabilized or remobilized, in response to the changes in the rates of sand and dune movement, the vegetation cover and composition are expected to vary reflecting the differences in the sedimentary conditions. In this field study 315 quadrats of 100 m², in which the perennial plant species were sampled, were analysed with respect to annual rates of sand erosion and deposition that were measured using erosion pins. A visual exploratory data analysis was introduced, based on selective filtering of samples according to their vegetation cover. This method, combined with established statistical tools, enabled the authors to uncover the inclination and indicative power of nine perennial dune plants to either a stabilized or a mobile environment, and to establish whether they are more prevalent in places undergoing sand erosion or sand burial. Two species were found to be clear indicators of a stabilized environment, Stipagrostis lanata , and Retama raetam . Of the species indicating a mobile environment, only one may be stated as a clear indicator of sand erosion: Silene succulenta , with Cyperus macrorrhizus coming close to being an indicator of a less mobile erosive environment. The best indicator species for sand burial was found to be, as expected, Ammophila arenaria , with Artemisia monosperma also indicating high rates of sand mobility especially when its relative cover is higher than 80%. Such information can be used to monitor natural processes of dune stabilization or reactivation, or to assess the success of a management plan that aims at stabilizing a dune, or at remobilizing it by removing vegetation.     

碰撞作用下单个阶梯-深潭稳定性模型

阶梯-深潭系统是山区河流广泛分布的控制性河床结构,泥沙输移过程中大颗粒碰撞阶梯关键石块,使其发生位移,强烈影响阶梯-深潭的稳定性。以单个阶梯-深潭的关键石块为研究对象,重点考虑碰撞对阶梯-深潭的影响,量化来沙中大颗粒碰撞作用并改进稳定性理论模型,利用新模型分析阶梯-深潭的临界条件和破坏机制。来沙颗粒对关键石块的碰撞作用受自身粒径、运动速度和阶梯下游冲刷程度影响且皆为正相关关系。颗粒撞击减小阶梯失稳临界流量,且参与碰撞的石块粒径越大,减小作用越明显。当η> 0.55时（η=D₁/D,D₁为碰撞石块粒径,D为关键石块粒径）,临界流量下降幅度达到50%以上,表明来沙中卵石漂石对阶梯-深潭稳定性发挥主要影响。山区河流发生低频率洪水或滑坡泥石流,向下游河道输运大粒径石块并与阶梯碰撞,显著增大转动合力矩并降低失稳临界流量,使得单个阶梯-深潭更易达到临界条件发生破坏。     

桂江流域土壤侵蚀估算及其时空特征分析

桂江流域的水土流失现状研究对珠江三角洲的水生态安全有重要的现实意义。采用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）估算了桂江流域的土壤侵蚀模数与年侵蚀总量,分析流域内土壤侵蚀的时空分布特征,探讨了影响该区域土壤侵蚀强度的自然与人文因素。结果表明,桂江流域51.8%的地表都在发生不同程度的土壤侵蚀。从全流域平均土壤侵蚀强度来看,属于中度侵蚀。从土壤侵蚀面积来看,约85%的地表处于微度、轻度与中度侵蚀。4-6月的全流域平均土壤侵蚀强度最大,侵蚀总量也是最大的。流域的土壤侵蚀主要发生在高程在30~600m的低山丘陵-高地地貌区内的林地与耕地中。流域内岩溶区的土壤侵蚀强度随着石漠化程度从无到中度逐渐增加,轻、中度石漠化区的土壤侵蚀强度达到强度侵蚀等级。      

江苏盐城海岸侵蚀淤积现状及原因

海岸线是陆地与海洋的分界线,海岸侵蚀淤积变化对海岸带的保护与开发利用会产生重要的影响。基于实地调查资料,结合以往调查数据,从典型岸滩剖面、遥感解译等不同角度分析了近30年来盐城海岸侵蚀淤积变化特征,发现盐城海岸侵蚀范围不断南移,明显处于北蚀南淤的动态变化过程。初步探讨了盐城岸线侵蚀淤积变化原因。