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。     

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。     

长江流域水沙周期特征及可能影响原因

运用小波变换的方法研究了长江流域干流站(屏山站、宜昌站、大通站与汉口站)以及位于支流嘉陵江流域的北碚站近40年来月均流量与输沙率,研究认为:(1)水利工程(本文主要指水库)对下游河道输沙率的影响远远大于对流量的影响;(2)葛洲坝是低水头径流式发电站,对下游流量变化影响不大,虽然在建库初期对输沙率有一定影响,导致下游河床下切,但远未达到使输沙率固有的1年周期受到影响的程度;(3)三峡大坝的建设已经对下游输沙率产生严重影响,使其固有的1年周期消失,但三峡大坝下游河道输沙率对这种影响的响应与距三峡大坝的距离成反比,即愈往下游,输沙率受三峡大坝的影响愈小;(4)输沙率变化对水利工程影响的敏感程度受流域尺度的影响,流域尺度越大,其反应就愈迟钝,反之亦然。     

非平稳风沙运动研究进展

风蚀输沙起动条件与输沙率预测是风蚀预报、沙尘数值预报与风沙地貌演化以及防沙治沙工程研究所需的关键参数,因而一直是风沙物理学研究的重点课题。早期的研究主要关注稳态输沙过程,对野外实际输沙过程的预测存在相当大的误差。近年高频的实时同步输沙、风速测量显示:大气边界层近地表风速脉动强烈,因而导致野外实际输沙具有高度的时空变化。研究发现:风沙输运的非平稳特性与边界层湍流结构密切相关,因而会对沙粒起动条件判断、输沙率预测等产生影响。回顾了近20年中非平稳输沙研究在实验、理论以及数值模拟方面的进展,并提出了目前存在的问题和今后发展的趋势。     

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。     

郁江南宁站水沙变化的回归分析

根据郁江南宁站1954～2001年的流量和输沙率资料，对流量和输沙率之间进行了回归分析，得出了多年平均月均流量～输沙率的相关性、各年月均流量～输沙率的相关性、各月月均流量～输沙率年际变化的相关性和年均流量～输沙率的相关性，分析了南宁站的水沙变化趋势，得出了两者变化趋势的规律。     

细颗粒对粗颗粒床沙质输沙率影响的初步研究

考虑高含沙紊流涡团中细颗粒絮凝形成网络结构对粗颗粒运动影响后,建立了粗颗粒悬移质泥沙的输沙率计算方法.该方法中包含的细颗粒影响项反映了流域因素对粗颗粒泥沙输沙的影响,证明细颗粒的影响是引起多沙河流中“多来多排”现象的一个重要因素.与黄河实测资料的对比表明,该计算方法能够反映高含沙紊流输沙时随流域细颗粒增多粗颗粒悬移质输沙率相对增大的现象,并具有较好的计算精度     

淮河干流小柳巷水文站全沙分析

分析了淮河干流小柳巷水文站全沙的组成及运动规律,结果是全沙多为粉砂、砂,年内分配较为集中,年际变化较大,输沙量大部分来自淮河中上游.悬移质输沙率所占比重远大于推移质输沙率,两者关系相关较好,可用悬移质输沙率推求推移质输沙率,最后得出全沙.     

长江入海水沙变化的回归分析

根据大通站1951－1999年的流量和输沙率的资料，对流量－输沙率之间做了回归分析，指出多年平均月均流量－输沙率之间的相关性、各年月均流量－输沙量之间的相关性、各月月均流量－输沙率之间年际变化相关性和年均流量－输沙率之间的相关性。最后还分析了大通站的水沙变化趋势，得出两者变化趋势的规律。     

床面附近泥沙交换率在悬移质输沙计算中的应用

总结并分析了关于悬移质运动方程的源/汇项或底部边界条件的已有的处理方法.认为在悬移质输沙计算中,这些方法因引入了平衡输沙概念、忽略了推移质颗粒对悬移质运动的影响或因缺乏床面附近泥沙质量交换率的理论表达式,均存在着某些不足.运用床面附近泥沙质量交换率理沦,对一般的悬移质输沙方程的底部边界条件进行了新的探讨,并提供了关于一维和垂向二维悬移质输沙的计算实例.     

长江三角洲对流域输沙变化的响应:进展与问题

流域变化对河流三角洲的影响已成为全球性的问题。由于流域水库建设的影响,长江输沙率自1980年以来呈现明显下降趋势,引发了研究人员对长江三角洲地貌和沉积响应问题的关注。在地貌上,海图对比和海岸冲淤观测的证据显示,长江输沙率目前已经低于冲淤平衡的临界值,使三角洲进入了蚀退阶段。分析表明,根据水下三角洲部分范围的沉积速率与河流输沙率的关系进行计算,会过低估计临界输沙率。对于水下三角洲整体而言,应根据沉积物滞留指数来更准确地估算临界输沙率,而且需要区分2个"临界输沙率",一个是保持三角洲体积的临界值,另一个是保持三角洲陆上部分面积的临界值。在沉积响应上,来自长江水下三角洲沉积中心的柱状样显示出沉积速率自下而上减小的趋势,反映了流域输沙率变化的影响。今后,如将柱状样采集区域扩大到沉积中心之外的整个水下三角洲范围,则所获得的数据不仅有助于沉积速率响应特征的全面了解,而且还可应用于沉积物滞留指数特征和控制因素的分析以及河口区碳循环过程变化的研究。此外,在长江三角洲沉积记录的分析方面,为了更好地提取气候、环境演化信息,应充分考虑沉积记录形成后所经历的自身变化(如成岩作用变化、分解和衰变等)和相对于岸线迁移的空间位置变化。     

黄河下游输沙水量研究综述

对输沙水量的计算方法,黄河下游汛期、非汛期输沙水量的研究现状,水库对输沙水量的影响,输沙用水总量的研究现状等方面分别作了回顾。分析指出,输沙水量与来水含沙量、来水流量、河道冲淤、河床前期条件等有关。黄河下游各时期输沙水量不同,汛期最小,其余依次为非汛期、冬三月、凌汛期。水库调水调沙的同时也改变着黄河下游的输沙水量。利用水库群调水调沙,使小浪底水库以造床流量、高含沙水流输沙,是目前推荐的黄河下游节水减淤高效输沙入海的主要方式。提出了一些有待进一步研究的问题。     

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.     

断面输沙率计算方法的商榷

１我国现行使用的断面输沙率计算方法我国现行水文断面输沙率计算方法,按国家技术监督局和中华人民共和国建设部１９９２年７月２４日联合发布的《河流悬移质泥沙测验规范》规定：河道断面输沙率由部分输沙率求和而得,计算公式为：Ｑｓ＝Ｃｓｍ１·ｑ０＋１２（Ｃｓｍ１...     

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。     

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。     

小柳巷水文站全沙输沙率分析

本文通过悬移质输沙率及河床质颗分资料间接推算全沙输沙率，在淮河干流尚未全面开展推移质输沙率测验的情况下，是获得全沙资料的一种途径，可供研究泊岗引河变迁，河道整治工作参考。     

流量输沙率关系不确定度的分析

从误差传播及经验关系分析两条途径出发,分别获得流量输沙率关系不确定度。通过Ｆ检验,证明了所获成果的可靠性。本文分析对于流量输沙率关系不确定度控制指标的确定,以及流量输沙率关系的应用具有实际意义。     

湘西大龙洞地下河流域水土流失特征及其对水库工程的影响

用人工断面法和流量堰法测流,高密度采集水样,在室内用称重法测得水体含沙量,对大龙洞地下河出口及其邻近地表河、地下河上游地表河段进行同步输沙特征监测,以为拟建的大龙洞水库泥沙淤积评价提供依据。两个水文年的研究结果均显示,地下河与地表河输沙率呈同步变化特征,平均悬移质输沙模数分别为37. 26～ 58. 33 t /km2 · a 和56. 82～ 76. 80 t /km2· a ,最大日平均输沙率分别为540 mg /L和890 mg /L,说明地下河空间以大型岩溶管道为主,连通性好,系统水力坡度大,对泥沙输出和减轻地下空间淤积有利。最大日平均输沙率均与最大流量峰值对应,说明水土流失主要发生在暴雨期间。选择流域内三种典型生态环境类型,进行原位水土流失观测,获得场雨产流过程和坡面流输沙率变化情况。结果显示,三种类型的平均悬移质输沙模数为65. 35～ 884. 78 t /km2· a ,暴雨期间准森林类最大瞬时输沙率为2 926 mg / L。在此基础上,估算得到在建库条件下50年总淤积量不超过地下库容的10% ,说明水土流失造成的水库淤积程度并不严重。      

黄河内蒙古河段输沙量与淤积量计算方法

基于多沙河流"多来多排"输沙基本公式,建立了考虑上站来沙量、前期累计淤积量、临界输沙水量及干支流泥沙粒径影响的输沙量一般表达式。进而根据黄河内蒙古河段1953—2010年实测水沙资料,得到了内蒙古巴彦高勒—头道拐全河段及巴彦高勒—三湖河口和三湖河口—头道拐分河段的年输沙量公式,并根据输沙率法采用建立的输沙量公式计算了各河段1953—2010年的逐年冲淤量。选取三湖河口—头道拐河段的计算结果分析表明,在输沙基本公式基础上增加前期累计淤积量、临界输沙水量及干支流泥沙粒径参数,所得公式计算的年冲淤量与实测值之间的相关系数R2由基本公式的0.41依次提高到0.50、0.75和0.80,说明在基本公式基础上进一步考虑这些参数的必要性。此外,全河及分河段输沙公式计算所得输沙量及各河段冲淤量和累计淤积量与实测值的符合程度均较好,表明建立的输沙公式能够用于不同水沙条件下的输沙量和冲淤量计算,可为分析内蒙古河段的输沙特性和长期淤积趋势提供参考。