水流交汇区污染物输移扩散特性

为分析水流交汇区污染物输移扩散规律,开展了交汇区污染物浓度分布规律的实验和数值模拟研究。建立了交汇区污染物扩散的水气两相流数学模型,并采用实验结果进行验证,对交汇区不同流量、动量和交汇角情况进行实验和数值模拟研究。结果表明:含高浓度污染物的支流汇入干流后,在交汇口下游支流侧形成较长的污染带,且支流与干流的交汇角和流量比(动量比)越小,污染带越狭长;在污染带范围内,污染物浓度梯度较大;污染物分布主要受随流输移和扩散的综合作用影响,其中在交汇区污染物的扩散作用明显。     

流滑型崩岸河岸侧蚀模式初探

流滑型崩岸是冲积河流河岸常见的一种崩塌形式,其发展速度快、破坏力强;该类崩岸主要取决于水流的直接冲刷,河岸崩退过程中水面与岸顶高差较小.依据此类崩岸的特征,基于水流冲刷分析,在基础层面上初步探讨并建立了流滑型崩岸的河岸侧蚀模式.结合水槽试验与土工离心模拟试验,对该模式进行了分析研究,初步率定了模式中的河岸侧蚀系数,计算...     

基于错峰型洪水的伊洛河交汇区水动力特性

采用平面二维水动力数值模拟方法,对伊洛河交汇区河段的错峰洪水特性进行了系统分析,讨论了洪水水位、流态及两支流的相互影响,结果表明:数值模拟成果与实测数据有很好的一致性。研究发现:交汇区流场呈现马鞍形水面形态,并随流量增大向下游推进;错峰洪水过程中强势支流产生的漫滩水流对弱势支流形成壅堵,交汇区水动力要素与流态均与强、弱支流流量比有明显的关联性,交汇点下游的螺旋流结构与转向受当时强势支流控制;错峰洪水使交汇区水位随时间变化呈现三段式二次曲线特征,在两洪峰期间交汇区保持高水位的时间比单峰或同峰长5~7倍;错峰洪水使交汇区洪水位与流量形成特殊的Y型曲线关系,在两个洪峰点附近,水位与汇流比的对应关系出现前、后两个拐点。     

溪洛渡库区支流拦门沙形成机理

水库蓄水后，水深增加使得河道干支流水动力条件发生改变，干流泥沙倒灌造成支流淤积，影响水库有效库容和航运安全。以溪洛渡水库为例，基于实测资料和三维水沙数学模型，研究库区干流和支流的水沙输移规律，分析支流河口段泥沙淤积特性及拦门沙形成机理。结果表明：(1)库区支流河道淤积泥沙来自支流上游和干流倒灌，其中，支流上游来沙是库区支流河道淤积的主要来源。(2)干流倒灌库区支流河口形成对流和环流区，泥沙易于淤积，西溪河和牛栏江坡度较缓，存在形成拦门沙的风险较大；美姑河坡度较大，存在形成拦门沙的风险较小。(3)对于西溪河、牛栏江和美姑河，干流倒灌的距离随着流量的增加而增加，高水位运行时，水位对干流倒灌的距离影响不明显；而对于金阳河和西苏角河，干流倒灌的距离随着流量的增加基本不变，干流倒灌的距离随着水位的增加而增加。研究成果为新水沙情势下库区支流拦门沙风险防控提供依据。     

均质土岸坡崩塌与河床冲淤交互过程试验

在弯道水槽中展开系列试验,研究水力冲刷过程中均质土岸坡冲刷崩塌输移与河床冲淤过程及其影响因素。该过程及变化特征可描述为:水下坡面侵蚀及坡脚淘刷导致岸坡失稳崩塌;暂时堆积在凹岸坡脚处的崩塌体加剧附近水流紊动程度利于其输运与分解;分解后较粗的颗粒随弯道螺旋流以推移质形式被输移至下游凸岸落淤,较细的颗粒大部分都随水流以悬移质形式被携带至下游出口;水流结构随岸坡及河床变形而调整;如此循环往复。试验成果进一步表明:冲刷状态下,试验材料黏性越小、近岸流速越大、作用时间越长,岸坡冲刷崩塌量及河床冲刷量都越大;同条件下岸坡冲刷崩塌总量大于河床冲刷总量,且河床相对冲刷率随岸坡冲刷崩塌量的增大而减小,数值范围为0.40~0.92。     

河床演变(續)

三、河床演变情况1.水流和河床相互作用河床发生演变的基本原因,前面已談到是由于水流的动能、环流及泥沙运行所致。但每一条河流的河床怎样会发展成为現在的形态,則是水流和河床在长时期內相互作用的結果。水流在其他水力条件相同的情况下,其流速在断面上的分布情况和速度的快慢,将为河段的断面所决定。断面的形状和大小一有变化,必将使水流情况发生变化;而水流情况的改变,又将使河床改变其形态。     

介紹支流來水对干流水位影响的分析方法

一、前言在有支流的河段,研究支流来水对干流水位的影响,或者是支流水庫修建后,降低干流水位的效果問題,在目前規划中小河流的流域規划时所进行的水文計算中,是会常常遇到的,下面介紹兩个粗略的方法,供讀者参考,并希望指教。長江中游某段,有小支流来汇(如图1)。干流有上下兩站,支流有最下游控制站,他們都有水位流     

葛洲坝工程航道建设中若干水文现象的观测研究

长江干流是我国水运的大动脉,对经济建设和国防建设具有重要意义。保证长江顺利通航是葛洲坝水利枢纽的重要任务之一。但在枢纽上游约2.3公里的南津关河段,在天然情况下,河床十分复杂,包括急弯,扩宽、河床倒坡,两岸山咀挑流……等各种形态,引起水流急变的因素如此集中,以致剪刀水、夹堰水(顺流与逆流接壤处之水流)、回流、泡水、漩(涡)水……等大尺度的紊动流态比比皆是。而此河段紧接葛洲坝水利枢纽,处于大江,三江两航道上口门,称为枢纽航道的“咽喉”,见图1。“咽喉”处出现上述各种流态,可使上下航行船支“打张”(上行船支行至山咀或矶头挑流处,船体前后因受不同流速流向的作用,使船支横出,冲向江心)、“打抢”(下行船支前舷侧为横流或回流冲击而失正路     

湖南张家界溹水河谷与流域形态特征及其地貌意义

利用数字高程模型(DEM)数据、地形图、地质图数据结合实地踏勘,分析并计算了张家界地貌主要分布区溹水流域河谷形态特征和侵蚀积分值(HI),探讨了流域地貌侵蚀发育阶段特征。研究发现:溹水干流比降沿程基本上逐渐减小,纵剖面呈上凹形,凹度值约为0.70;主要支流比降明显大于干流,凹度值介于0.12～0.98;溹水干流河谷宽度和宽深比沿程向下表现出上升趋势、深度表现出下降趋势;溹水河谷横剖面凹度值上游较低,中游较高,近河口又降低,平均值约为0.63,都大于0.5;上中游主要支流河谷相对窄深,下游支流河谷相对宽浅;支流河谷横剖面的凹度值变化范围较大,平均值大于0.50。说明这一地区在地壳迅速抬升之间有较长时间地壳相对稳定,横向侵蚀形成一定宽度的河漫滩,河谷为U型谷,地貌发育处于壮年期或壮年期的中晚期。河谷侧蚀,河谷凹度值大于0.5,是张家界地貌独立峰柱得以形成的重要条件;溹水流域上游下段和中游HI值较高,下游HI值较低,最高值出现在天子山周围;没有发现地势和基岩特性对溹水流域HI值分布存在显著影响;张家界砂岩峰林地貌发育地区集中于溹水上游下段和中游上段的泥盆系砂岩分布区,这一地区HI平均值为0.46,处于地貌侵蚀旋回的壮年期。     

山溪性多沙河流水力几何形态与来水来沙之关系分析

山溪性多沙河流中淤变化大、频繁、常受流域来水来水沙的影响，且当发生“平滩流量”时对河床形态的影响作用最大。以黄河一级支流祖厉河为例，从河床水力几何形态来水来沙条件之关系，分析了山溪性多沙河流的特性。     

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。     

30°分水角明渠水流紊动特性试验研究

灌区分水口多为直角,附近普遍存在冲刷、淤积及结构破坏现象。天然河流分、汇流多为锐角,为探索非直角分水口区域明渠水流紊动特性,以30°分水角明渠为研究对象,采用声学多普勒点式流速仪测量各断面上的三维瞬时流速,分析典型断面上的时均流速、环流强度、紊动强度、紊动能和床面剪切应力分布规律。试验结果显示：分水口处水流横向流速沿渠宽方向变化较大,易形成环流,导致局部冲淤现象明显;靠近口门侧水流紊动强度变化剧烈且分布无规律,最大值出现在口门上唇断面;分水口处下层水体紊动能明显大于上层水体,紊动能较大值多集中在口门附近;口门断面下唇附近床面剪切应力较大,易出现冲刷侵蚀,破坏渠道稳定;与直角分水口相比,分水角为30°时,泥沙颗粒不易进入侧渠道,水流对渠底及边壁侵蚀速率较低。研究结果可为灌区渠系设计及运行提供参考。     

Flow and sediment dynamics in a low sinuosity, braided river: Calamus River, Nebraska Sandhills

The interaction between channel geometry, flow, sediment transport and deposition associated with a midstream island was studied in a braided to meandering reach of the Calamus River, Nebraska Sandhills. Hydraulic and sediment transport measurements were made over a large discharge range using equipment operated from catwalk bridges. The relatively low sinuosity channel on the right-hand side of the island carries over 70% of the water discharge at high flow stages and 50–60% at low flow stages. As a result, mean velocity, depth, bed shear stress and sediment transport rate tend to be greater here than in the more strongly curved left-hand channel. The loci of maximum flow velocity, depth and bed shear stress are near the centre of the channel upstream of the island, but then split and move towards the outer banks of both channels downstream. Variations in these loci depend on the flow stage. Topographically induced across-stream flows are generally stronger than the weak, curvature-induced secondary circulations. Water surface topography is controlled mainly by centrifugal accelerations and local changes in downstream flow velocity. The averaged water surface slope of the study reach varies very little with discharge, having values between 0·00075 and 0·00090. As bed shear stress generally varies in a similar way to mean velocity, friction coefficients vary little, normally being in the range 0·07–0·13. These values are similar to those in straight channels with sandy dune-covered beds. Bedload is moved mainly as dunes at all flow stages. Grain size is mainly medium sand with coarse sand moved in thalwegs adjacent to the cut banks, and with fine sand at the downstream end of the island. These patterns of flow velocity, depth, water surface topography, bed shear stress, bedload transport rate and mean grain size can be accurately predicted using theoretical models of flow, bed topography and sediment transport rate in single river bends, applied separately to the left and right channels. During high flow stages deposition occurs persistently near the downstream end of the island, and cut banks are eroded. Otherwise, erosion and deposition occurs only locally within the channel as discharge varies. Abandonment and filling of a strongly curved channel segment may occur by migration of an upstream bar into the channel entrance at a high flow stage.     

不同近岸河床组成情况下岸坡崩塌试验

在弯道水槽中开展6组试验,分别用非黏性土及黏性土填筑河床,研究相同水力作用下近岸河床组成对黏性岸坡崩塌的影响规律。研究发现,在试验给定的岸坡及河床组成情况下,非黏性河床凹冲凸淤且总体表现为淤积,近岸河床及凹岸岸坡冲刷强度大,凸岸附近床面上泥沙掺混较明显;黏性河床及凹岸岸坡均被冲刷,河床主流区冲刷强度比近岸河床及凹岸岸坡大。相较于黏性河床,非黏性河床近凹岸处较易冲刷,水流结构重新调整,凹岸坡脚处水流流速及紊动能可增至2倍左右,环流强度可增至11倍,加速了岸坡崩塌及崩塌体的分解输移;非黏性河床近凹岸坡脚处变形以及凹岸岸坡崩塌量均相对较大,岸坡崩塌强度为河床淤积强度的2~4倍,崩塌物质可充分补给河床的泥沙来源;经水力冲刷后非黏性河床组成情况下形成的河道滩槽高差相对较小,河道横断面相对宽浅。     

基岩弯曲河段洪水水流结构的试验研究

低坡度基岩弯曲河流在地质构造控制区域广泛存在（床面坡度小于5‰）,洪水对基岩弯曲河流的河床淤积与侵蚀具有较大影响,但以往研究对基岩弯曲河流的洪水动力结构认识不足。通过几何概化基岩弯曲河段,考虑Froude相似与边壁粗糙,建立基岩弯曲河道概化模型,分析洪水下的弯道水面线分布、时均流场与湍流结构特性。结果表明:在洪水流量下,弯顶上游出现最小水面横比降、凸岸水流分离、凹岸双环流发育、流速下潜且二次环流强度达到最大,在弯顶下游水面横比降达到最大并出现环流分裂;床面切应力分布于凸岸水流分离以及弯顶上游中心区域,横向动量输移集中于弯顶上游。试验结果为基岩弯曲河道中的床面侵蚀与沿程淤积提供了水动力方面的解释。     

巫溪白鹿溪泥石流沟的初步研究

白鹿溪位于大巴山腹地、大宁河与堵河分水岭西侧,气候环境属秦巴山区暴雨中心东南边缘,流域内固体碎屑物质充分、储量巨大,历史上曾多次爆发泥石流。调查发现,白鹿溪泥石流沟由多条支沟组成,其中杨家湾是规模、危险性和破坏性最大的支沟。支沟是高频小规模泥石流沟,但是在一定条件下也可能爆发相当规模的大型泥石流。主沟是低频大规模泥石流沟,主沟大规模泥石流的爆发是支沟大规模泥石流诱发的;白鹿一带的泥石流堆积体是历次泥石流爆发形成的复合堆积体。区内人类工程经济活动日趋强烈,白鹿溪存在再次爆发泥石流的环境地质条件,可直接威胁到白鹿镇及下游大宁河沿岸居民的生命财产安全,应当引起足够的重视。     

小浪底水库运用后黄河下游游荡段主槽摆动特点

天然冲积河流主槽摆动具有复杂的时空变化性,分析其摆动特点对研究黄河下游游荡段河床演变规律具有重要意义。以1999—2016年黄河下游游荡段汛后卫星遥感影像与实测28个淤积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及强度,确定了小浪底水库运用后游荡段的主槽摆动特点,并定量分析了影响游荡段主槽摆动强度的主要因素。计算结果表明:游荡段主槽摆动方向具有往复性,主槽摆动宽度呈现中段大、上下两段小的特点;小浪底水库运行后,游荡段主槽摆动宽度及强度呈逐渐减小趋势,多年平均值分别为188 m/a和0.16;上游来水来沙条件是影响主槽摆动强度的主要因素,河床边界条件(滩槽高差、河床组成等)是次要因素;建立了游荡段主槽摆动强度与前3年平均水流冲刷强度的幂函数关系,相关系数良好。     

亟待开展黄河下游河道远景学研究

黄河下游河段河床淤积严重,目前面临的主要问题是: 1)20世纪90年代以来,由于水沙矛盾加剧,河道萎缩,主槽过洪能力锐减,平滩流量在一些河段已由80年代的5000m³·s^-1降至目前的3000m³·s^-1;2)由于水沙变化,20世纪70年代开始在局部河段出现的“二级悬河”,现已逐渐在上游的河南段和下游的山东段发展到210km多.研究表明,黄河下游的淤积是自然地质过程,应亟待开展黄河下游河道远景学研究.     

冰沟门盆地晚二叠世晚期肃南组河流相特征

甘肃冰沟门异常区在晚二叠世晚期肃南组(P_2~s)时发育了两种类型古河流。以大磁窑河为代表的网状支流河,蚀源区铀源丰度低,河床坡降大,流程短,水流急,不利于铀矿化的形成。古梨园河发育的中-晚期为低-高弯蛇曲河,边滩发育,规模适中(河宽<300m),铀源丰富,河水中富含植物碎屑等有机质,铀在沉积一成岩阶段于河流转弯处和主、支流交汇处形成聚集,为后生阶段的工业富集提供了良好的前提。