渗流边界上推移质输沙率

天然河道边界上常由于地下水和地表水的水位不同而产生渗流,引起水流的非静水压力分布,进而影响推移质输移规律,也使得常用的推移质输沙率公式不再适用.利用水槽试验测定沙波的尺寸及运动速度与床面渗流水力梯度的关系,结果表明沙波的高度及运动速度随着向下渗流强度的加大而增加,随着向上渗流强度的加大而减少;进而结合理论分析,利用沙波运动特点估算推移质输沙率,并推导出推移质输沙率随床面渗流的引入而变化的计算公式,分析渗流引起非静水压力分布下推移质输沙率的变化.     

推移质输沙率的非线性研究

目的是从非线性科学角度探讨泥沙运动的规律。通过分析非均匀沙起动的影响因素得到了尖点突变模型的状态变量和控制变量,建立了能描述推移质运动的尖点突变模型。在尖点突变标准方程的基础上,应用尖点突变理论的坐标变换和拓扑变换,导出了输沙强度和水流参数的函数关系式。将输沙强度作为状态变量,水流参数和床沙密实系数作为控制变量。用水槽实验资料和其它推移质输沙率公式进行了对比验证。验证结果表明,计算值与其它推移质输沙率公式和水槽实验结果基本相符,误差一般在-90%～80%之间。说明建立的推移质输沙率公式是合理的,能够反映泥沙的起动和输移规律。     

基于动理学理论的推移质输沙公式

根据Boltzmann方程得到了床面附近运动颗粒的速度分布函数,将其在速度空间上积分,同时考虑床面颗粒起动概率的影响得到了床面颗粒的冲刷率函数。在此基础上,将该函数代入Einstein提出的推移质输沙基本模式中得到了基于动理学理论的推移质输沙公式。研究结果表明:① 公式计算结果与实验数据吻合,相对误差为10%~50%,可用于高强度和低强度输沙,能够较好地反映出床面附近运动的推移质颗粒的统计属性;② 得到的推移质输沙率理论表达式与经典推移质输沙公式十分接近,同时大大改善了Einstein公式在高强度输沙情况下的计算结果,这也说明了本文理论推导的正确性。     

卵石推移质输沙率与流量相关的线型分析

通过比较精确的实测资料，分析了流量（断面平均流速）与卵石推移质输沙率关系，引入起动流量Qc或起动流速Vc，采用Qb=K3(Q-Qc)^α或Qb=K4(V-Vc)^β的线型拟合相关关系，可使卵石推移质输沙率约与流量4次方或与断面平均流速6次方成比例增长，与原有的方法相比不但使流量（流速）的方法降低了许多，而且对高水外延插补精度大有提高，分析表明，流量的方次要低于流速的方次，两者亦可相互换算。     

推移质输沙对阶梯-深潭系统消能的影响

阶梯-深潭系统是山区河流上一种河床结构形态,具有稳定河床和消能减灾的作用。推移质运动会影响水流结构并改变河床形态,从而影响阶梯-深潭系统的消能效率。在野外构建阶梯-深潭系统,通过人工加沙试验,研究不同来水来沙对阶梯-深潭系统流场及消能的影响。研究表明,推移质运动使阶梯上紊动略增强,深潭中紊动大为减弱,从而使阶梯-深潭系统消能率降低。推移质运动的增强改变水流能量分配,其消能附加作用使阶梯-深潭结构消能降低和深潭淤埋。     

黄河中游测区输沙率与流量异步施测法分析

在悬移质输沙率与流量异步施测法基本原理分析的基础上,采用理论公式法及经验相关法对测点位置流速权重系数进行了分析计算;根据河流断面特性,建立了多年综合及相邻流量测次累积面积百分数与累积流量百分数相关曲线法等不同的部分流量权重系数借用方案。经实测资料检验,输沙率与流量异步施测法的计算误差符合《河流悬移质泥沙测验规范》的精度要求,能满足悬移质泥沙测验的生产需求。     

三峡水库运行下长江中游典型河段水情变化及趋势预测

以1983-2014年长江中游5个水文站实测水文资料为依据,利用Morlet小波和ARIMA模型等方法,系统分析了三峡水库运行下长江中游典型河段水情变化特征及其未来变化趋势.结果表明：三峡水库运行后,长江中游典型河段流量年际变化不显著,年内月分配较明显的趋于均匀化,这是气候波动与以三峡水库为标志的人类活动综合作用的结果;长江中游典型河段径流变化以18~26 a、8~13 a的周期变化较为明显,周期中心分别为22 a和12 a,并存在更小尺度的周期,三峡水库的运行对典型河段径流大尺度的变化周期影响微弱,对小尺度的变化周期产生了一定的影响;总体上,2014年以后典型河段流量将偏丰,并持续若干年.其中枝城站流量将在2014年以后一段时期呈增大趋势,由偏枯期转为偏丰期,大致持续到2017年;沙市、监利、城陵矶、螺山站流量在2011年由偏枯期转入偏丰期之后,一直呈增大趋势,将于2016年左右达到最大值,之后呈减小趋势,但仍将处于偏丰期,大约持续到2018年.     

河床粗化过程中推移质输移特征试验研究

为了研究河床粗化破坏与形成过程中推移质的输移特征,基于一套新型的接沙系统,在上游无来沙条件下,进行了3组不同床沙级配的水槽试验,研究了递增梯级流量作用下河床粗化破坏与形成的过程,采集到一套高精度（0.1 g）、高频率（1 Hz）的实时推移质输沙率及分时段输沙级配数据,分析了累积输沙量、输沙率及输沙级配的变化特征。结果表明,粗化过程中累积输沙量随时间基本呈幂函数规律增长,且"粗化破坏再形成"的累积输沙量曲线出现明显转折点;推移质输沙率表现出明显的非恒定性,其粗化形成阶段的耗时要远大于粗化破坏阶段的时间,两者之比范围为3.5~20.5;推移质输沙级配中粗颗粒比例随时间变化趋势与输沙率相似,在输沙率达到峰值附近时,输沙级配与原始床沙级配相同。     

推移质翻越低坝输移特性的试验研究

对于山区河流低坝而言,平时淤积在坝前的推移质粗沙可能会在洪水期集中翻越坝顶,形成高强度输沙。本文开展水槽试验,研究推移质粗沙自上游起动、推进、再翻越坝顶后向下游输移的过程,分析了输沙参数的变化特性及数理规律,描述了翻坝输沙模式及运动特征,揭示了输沙规律与河床形态之间的自然联系。取得如下认识:①输沙量随时间大致以幂函数规律增长。②低坝附近区域河床形态终将趋于稳定,上游和下游均形成相对稳定的曲面斜坡淤积体。③在不同的水流强度下推移质翻坝输移模式存在差异。对于一般水流强度工况,上游淤积体曲面斜坡表面泥沙颗粒以滚动或滑动模式起动,推移至接近坝顶位置时再跃移翻坝,后向下游输移;对于更高水流强度工况,后期的翻坝输沙模式可能发生显著转变,周期性边壁漩涡成为翻坝输沙的主要动力来源。     

长江中下游江湖水沙调控数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,在大型复杂防洪系统洪水运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的洪水演进数学模型转化为面向长江防洪系统江湖水沙调控需求的长江中下游江湖水沙调控数学模型.为适应江湖水沙调控和评估的要求,提出了基于水动力学的闸坝调度计算模式.此外,还对河网分汊泥沙分配模式进行了深入研究.通过长江中下游防洪规划及其洞庭湖区"控支强干"方案论证模拟计算,较好地解决了防洪措施蓄泄后效评估和工程优化调控模式等关键难题,为防洪规划方案的制定提供了定量依据,主要成果已应用于长江中下游防洪规划方案.     

Engineering Strategies on Flood Control in Middle Reach of Yangtze River, China

CAUSE FOR FL OODS IN MIDDL E REACH OF YANGTZERIVERFlood,a kind of interface disaster,occurs atthe interfacebetween atmosphere and lithosphere. Flood happens when at-mosphere and lithosphere interplay and couple each other(ofcourse,biosphere may also join in this) . Both meteorologicaland geographical factors can bring about flood;the formercontrols the time of flood and the latter controls the place ofdisaster. The second Neocathaysian tectonic subsidence area(L i,1973) is the…     

长江中下游实时洪水预报模拟

以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统水沙运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游实时洪水预报数学模型.为适应实时预报调度快速、准确评估的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式和实时校正模式.实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式和分洪溃口洪水预报模式.通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了洪水预报误差校正和分洪溃口后洪水预报等关键难题,为防汛方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了技术支撑,主要成果已应用于长江中下游防汛调度方案中.     

长江中下游水沙数值模拟研究

根据长江中下游水沙运动特征,采用水动力学、河流动力学和数值模拟技术相结合的技术途径,建立了一、二维混合的非恒定流非均匀沙非平衡输沙的数学模拟模型,对长江中下游干流、河网区和洞庭湖水沙运动及其河床变形进行了数值模拟,并在水沙模拟的范围内着重对河网区内水沙动边界的处理、河网汊点分流分沙计算模式、动床阻力和河湖交换模式等问题进行了讨论,提出了解决问题的途径和技术处理方法.为了验证模型的适应性和有效性,采用1981年至1989年10年长江中下游水文资料对所建模型进行了检验,模拟结果较好地反映了长江中下游干流、河网区和洞庭湖水沙输运特征和河道冲淤的宏观效应.     

长江氮的输送通量

1997年枯水期(11～12月)和1998年丰水期(8月和10月),对长江流域从金沙江至河口干流和主要支流、湖泊各种形态的氮(N)进行了调查。各种形态N的基本输送模式为,从上游至河口通量逐渐增加,其中以硝酸盐(NO₃-N)、溶解无机氮(DIN)、总溶解氮(TDN)和总氮(TN)最显著,这与它们的稳定程度有关。长江口各种形式N的输出通量大部分是由中、下游贡献的,特别是枯水期。支流和湖泊贡献的N大约占输出通量的一半以上,其中洞庭湖水系贡献最大,鄱阳湖水系次之。长江枯、丰期三态无机N的输送和输出通量中,NO₃ N占绝大部分。各种形式的溶解N输送和输出通量中,DIN是主要的。在所有形式的N中,溶解形式的N占绝大部分。长江枯、丰期干、支流各种形式N通量和长江口各种形式N的输出通量主要受径流量所控制,与人类活动密切相关。并提出了长江各种形式N的输送方程式。     

长江中下游地区水稻田湿地环境的一些认识

长江中下游地区阡陌纵横的大片水稻田和旱地以及附近的湖泊池塘,构成独特的生态环境,称为"水稻田湿地环境",其属人工改造环境.显然,这里曾经有过一次历时很长的"绿色革命."水稻田湿地环境具多种环保功能,但这里动植物的种类比较单一,个体又较孱弱,容易受到破坏,所以营造平原生态林带和防止化学污染,就成为环保工作中的当务之急.     

历史时期长江中游河道演变与洪灾发展的规律

历史时期,长江中游的河道在科氏力、掀斜构造活动的影响下,长期南移.在主泓南移、气候由湿变干、分汊淤浅的背景下,大量人口由北方迁入,促使沿长江主泓的围堤迅速发展.原先多汊分流的河道,演变为被围堤约束的狭窄河道.水沙集中于狭窄的堤围河道,洪峰难以调节,泥沙淤高河床,形成水涨堤高、堤高水涨的恶性循环.宋末至明代,是长江中游围堤基本成型与完善,也是洪水位不断抬升,洪灾不断加剧的时期,说明洪灾加剧与围堤密不可分.现有的防洪方针,延续了历史上"抗拒洪水"的思路,没有体现"与洪水共处"的原则,需要进行反思.建议采取"疏导为本"的防洪方针,恢复与增加长江中游分流汊道,扩大江河行洪能力,分散泥沙淤积,以达到可持续治洪的目的.     

长江中下游不同营养水平湖泊水体环境变化特征及机制

选择长江中下游49个湖泊进行不同季节的水体溶解无机氮(DIN)、总氮(TN)、总磷(TP),溶解性无机磷(DIP)以及叶绿素a(Chla)等环境参数分析,开展不同营养水平湖泊水体环境变化特征及生物响应机制研究。结果表明:DIN、TN/TP随TP的变化规律反映了不同营养水平和季节下地球化学作用的影响;氨氮(NH₄-N)、TP、DIP、Chla尤其是NH₄-N的季节性变化规律与营养水平关系密切;TP<0.05 mg/L时,NH₄-N随总磷升高的趋势夏季大于其他季节,TN/TP与硝态氮(NO₃-N)、TN相关性好,营养源组成和氨化作用是主要影响因素;0.05 mg/L4-N随总磷升高的趋势基本相同,TN/TP与亚硝态氮(NO₂-N)、NO₃-N、TN相关好,水生植物利用、氨化和反硝化作用是主要影响因素。TP>0.1 mg/L,冬季NH₄-N随总磷升高的趋势明显大于其他季节,TN/TP在冬季和春季与TN、NO₃-N相关性好,夏季和秋季与TP相关性好,其主要原因在于夏季和秋季水生植物对DIN的利用量、反硝化作用和湖泊内源释放的显著增强。     

长江下游感潮河段大洪水和特大洪水的形成及趋势

分析了长江下游感潮河段大洪水和特大洪水高水位形成的水文因素,揭示了年最高水位今后一段时期内可能的变化趋势。主要结论是:该河段大洪水和特大洪水高水位的形成原因十分复杂,本世纪以来每次大洪水和特大洪水高水位的形成几乎都有其主要原因;该河段大洪水特大洪水高水位出现的频次有增加趋势;自1975年以来,年最高水位的均值呈明显的升高趋势,其主要原因是人类活动对防洪产生的负面影响,海平面上升也有一定的影响。