长江宜昌-武汉河段泥沙年冲淤量对水沙变化的响应

运用泥沙收支平衡 (Sediment budget) 的概念确定长江中游宜昌-武汉河段的泥沙冲淤量,并运用数理统计方法,研究了泥沙冲淤过程对水沙变化的响应。研究表明,所研究河段的输沙具有“多来多排”的特性,在平均的意义上,年输入沙量为年输出沙量的1.1345倍,由此求得总净来沙中有11.85%淤积在河道中。河段出口输出沙量随时间而增大,大致在1980年达到峰值,然后再减小。1980年以前河段出口输出沙量的增大,与3口分沙减少 (等价于河段净来沙增多) 和下荆江人工裁弯 (使河道输沙能力增大,因而可以将更多的泥沙输送到河段出口以下) 有关,1980年以后的减少,则与宜昌站来沙量的显著减少有关。建立了1980~1997年间宜昌-汉口#河段年冲淤量与宜昌站年来沙量之间的回归方程,通过该方程估算出使宜昌-汉口河段不淤的宜昌站临界来沙量为3亿t/a。为了定量评价宜昌站的来水量和来沙量以及3口分水比和分沙比、宜昌站洪峰流量的变化对于河段冲淤量的相对贡献,我们以1980~1997年和1955~1997年两个时间系列的数据分别建立了多元回归方程。1980~1997年间的方程表明,宜昌站的来水量和来沙量以及3口分水比和分沙比、宜昌站洪峰流量的变化对宜昌-汉口河段年冲淤量的贡献率分别为6.23%、31.56%、25.77%、32.71%和3.73%。     

陕西河流泥沙输移比问题

通过分析陕西南河流泥沙的输移 比现状,输移比的时空变化及发展趋势,指出在特定的自然地理条件下,泥沙中推移质比例较大,致使该区泥输移经远小于１,这是陕南河流泥沙运移的重要特征;输移比在空间上有明显差异并且沿程逐渐增大。     

无定河流域的人工沉积汇及其 对泥沙输移比的影响

依据1956~1996年的资料,计算出了无定河流域历年的人工沉积汇、侵蚀量、泥沙输移比,进行了时间序列分析,并运用回归分析方法,建立了统计关系,揭示了无定河流域人工沉积汇对泥沙输移比的影响。研究表明,无定河流域侵蚀量和产沙量有明显的减小趋势;人工沉积汇先是增大,达到峰值后再减小;泥沙输移比先减小而后增大。这说明,无定河泥沙输移比的时间变化趋势,主要受人工沉积汇的控制。建立的多元回归方程表明,坝地面积增大对流域泥沙输移比减小的贡献最大;地表径流系数减小对流域泥沙输移比减小的贡献居第二位;在3个降水因子中,最大30日降水的贡献最大,汛期降水次之,最大1日降水再次之。在坡面措施和沟道措施中,沟道措施对流域泥沙输移比减小的影响要大于坡面措施。     

泥沙输移比影响因子及其关系模型 研究现状与评述

泥沙输移比是目前预测流域产沙量的一种较实用的方法,本文介绍了国内外泥沙输移比研究的主要成果。分析并总结了泥沙输移比与流域面积、降雨／径流、地质地貌及泥沙颗粒因子之间的影响关系及其关系模型。最后,结合我国泥沙输移比研究的实际情况,提出了我国今后一定时期内在泥沙输移比研究方面的发展设想。     

陕南河流泥沙输移比问题

通过分析陕南河流泥沙的输移比现状、输移比的时空变化及发展趋势,指出在特定的自然地理条件下,泥沙中推移质比例较大,致使该区泥沙输移比远小于１,这是陕南河流泥沙运移的重要特征;输移比在空间上有明显差异并且沿程逐渐增大。从时间上看,自５０年代以来,输移比有不断减小的趋势,今后一段时间,随着区内河流径流量的减少和人为侵蚀作用的加剧,泥沙输移比仍会减小。     

黄河下游泥沙输移数值模拟

本文从数学模型入手,探讨黄河下游在多年平均来水来沙条件下,泥沙输移与泥沙淤积的特性,得出黄河下游泥沙沿程淤积分布不均匀主要是由于粗沙、中沙沿程淤积不均匀造成的,如果使来沙减少42.6%,黄河下游可望达到冲淤平衡.     

长江口及其邻近海域粘性泥沙的数量与输移

长江口的粘性泥沙有89.6%以上来源于长江补给区,一部分来源于废黄河与黄海补给区。长江补给区的粘性泥沙的汇入百分数及其输沙量两者均为已知,据此计算出长江口粘性泥沙沉积量为4.554×10~7t/a,从长江口输向杭州湾与东海补给区的粘性泥沙输沙量为2.247×10~7t/a,废黄河与黄海补给区输向长江口的输沙量为2.730×10~7t/a。长江口粘性泥沙的数量同1915年与1963年实测地形图比较量算的数量为4.469X10~7t/a基本相符。     

黄土塬区坡面及小集水区泥沙输移比变化特征

文章首先推荐了计算泥沙输移比SDR时，所需侵蚀量、输移量的量测方法：侵蚀量用坡长为20m（水平距）、宽5m直线坡，在不同降雨及土地利用下，通过小区出口断面的泥沙量；输移量为坡长大于20m的径流小区小集水区出口处的拦蓄量。然后通过黄土塬区坡面坡度为9%的30m、40m、60m径流小区9年野外实验所得45组有效数据的分析，发现单宽最小径流率qmin和最大含沙量ρmax可判别坡面泥沙侵蚀与输移的对比关系，即输移比SDR，并依据这些参数值，可将侵蚀输移状态划分为“侵蚀——输移区”，“侵蚀——堆积——输移区”和“侵蚀——输移挠动区”3个侵蚀输移状态类型区，同时通过研究给出了各区之间过度转换临界值的计算公式，即ρmax=11.96 0.117qmin和qmin=0.187ρmax-85.676。并能过对21条塬面不同面积（0.5hm^2-41.3hm^2）、坡长（30m-965m)小集水区淤积（输移量）的测量，将测量值与标准小区侵蚀量作对比，计算出各自的输移比SDR，并分别建立了SDR与坡长L、SDR与集水面积A的关系式，即SDR=2.85L^-0.306和SDR=0.735A^-0.151，为快速估算塬面小集水区泥沙输移比SDR值提供了方便。最后，分析了植被覆盖、土壤含水状况、人为活动等其它基因素对泥沙输移比SDR的影响。     

黄河内蒙古段异源水沙输移特性

河流悬移质泥沙的输移方式按照水沙来源可以分为水沙同源与水沙异源两大类。黄河内蒙古段水沙来自不同的区域,冲泻质泥沙主要来源于陇西黄土高原区,而径流则主要来自唐乃亥以上的山区,呈现异源特性。通过分析内蒙古河段石嘴山与巴彦高勒水文站1951-2003年的水文数据,发现期间共发生了13次大流量和29次高含沙事件且大流量、高含沙量同时出现现象很少,多呈现大流量、低含沙量,或者小流量、高含沙量的态式。同时,通过改变传统流量-含沙量幂函数公式C_i=aQ^b(C_i为悬移质浓度,Q为流量)的参数项,建立了2种水沙异源情况下流量-含沙量的公式。     

黄土峁坡耕地土壤侵蚀与泥沙输移

运用２０世纪五六十年代大气核试验所产生的人工放射性同位素￣（１３７）Ｃｓ为示踪元素，分析了陕西省子长县黄土峁玻耕地￣（１３７）Ｃｓ的坡面分布特征，计算出该坡耕地土壤侵蚀模数６３８０—８８９０ｔ／［（ｋｍ）￣２·ａ］；坡地底部剖面６和剖面１４的土壤堆积速率分别为２８０和４２３０（ｔ／［（ｋｍ）￣２·ａ］；该坡地剖面线１和剖面线２方向上的泥沙输移比０．９６。     

Sediment rating parameters and their implications: Yangtze River, China

This study examines the characteristics of sediment rating parameters recorded at various gauging stations in the Yangtze Basin in relation to their controls. Our findings indicate that the parameters are associated with river channel morphology of the selected reaches. High b-values (> 1.600) and low log(a) values (< − 4.000) occur in the upper course of the steep rock-confined river, characterizing high unit stream power flows. Low b-values (< 0.900) and high log(a) values (> − 1.000) occur in the middle and lower Yangtze River associated with meandering reaches over low gradients, and can be taken to imply aggradation in these reaches with low stream power. Higher b-values (0.900–1.600) and lower log(a)-values (− 4.000 to − 1.000) characterize the reaches between Yichang and Xinchang, immediately below the Three Gorges. These values indicate channel erosion and bed instability that result from changes in channel gradient from the upstream steep valley to downstream low slope flood plain settings. Differences in channel morphology accompany these changes. Confined, V-shaped valleys occur upstream and are replaced downstream by broad U-shaped channels. The middle and lower Yangtze shows an apparent increase in channel instability over the past 40 years. This inference is based on sediment rating parameters from various gauging stations that record increasing b-values against decreasing log(a)-values over that time. Analysis of the sediment load data also reveals a strong correlation between changes in sediment rating curve parameters and reduction of annual sediment budget (4.70 × 10⁸ t to 3.50 × 10⁸ t/year, from the 1950s to 1990s), largely due to the damming of the Yangtze and sediment load depletion through siltation in the Dongting Lake. Short-term deviations from the general trends in the sediment rating parameters are related to hydroclimatic events. Extreme low b-values and high log(a)-values signify the major flood years, while the reverse indicates drought events. When compared with rivers from other climate settings, it is evident that the wide range of values of the Yangtze rating parameters reflects the huge discharge driven by the monsoon precipitation regime of eastern China.     

长江干流河道对流域输沙的调节作用

利用长江干流和主要支流上测站1956~2004年的输沙量资料,对干流未测区域的来沙进行了估计。根据泥沙平衡 (Sediment budget) 概念,对长江干流河道的冲淤对来水来沙的响应以及对入海泥沙的影响进行研究发现,长江干流屏山至大通河道平均淤积速率为88.58×10⁶ t/a,河道淤积占总的来沙量及大通站输沙量比例分别为14%与21%。由于河道淤积,大通站输沙量减少了17.5%。总体来说上游淤积较轻,宜昌至汉口区间淤积严重,汉口至大通区间为微冲。长江干流的河道冲淤与流域总的来沙具有显著的相关关系,但各段河道的冲淤对流域来沙的响应各不一样。上游的冲淤与流域的径流量和来沙量均没有很好的相关性,宜昌-汉口段河道冲淤的变化与宜昌站的来沙具有显著的相关性;影响汉口-大通间河道的冲淤变化的主要因素是流域的来水量,河道的冲淤与大通站径流量的存在显著的负相关关系。三峡水库蓄水后整个长江干流的冲淤形势发生了根本的变化。三峡水库的蓄水运用有效地减轻了洞庭湖的泥沙淤积,同时也降低了洞庭湖的对长江干流泥沙的调节作用;长江上游干流河道淤积增强,中下游河道出现冲刷,但不同的河段表现不一;中下游河道冲刷量小于预测值,三峡水库的蓄水运用直接导致了长江入海泥沙的减少。     

渭河下游河流输沙需水量计算

基于对河流输沙运动特性的分析,认为最小河流输沙需水量是当河流输沙基本上处于冲淤平衡状态时输送单位重量的泥沙所需要的水的体积,通过河段进口即上游断面水流挟沙力 (S_u^*) 与含沙量 (S_u) 比较,分S_u ≤ S_u^*和S_u > S_u^*两种情况,分别建立了最小河段输沙需水量的计算方法。并应用该方法对渭河下游输沙需水量做了计算。计算的空间尺度为渭河下游的咸阳、临潼、华县三个断面,时间尺度为四个代表年的年内月均需水量,分p = 25% (1963年)、p = 50% (1990年)、p = 75% (1982年)、p = 90% (1979年)。计算结果分析表明：渭河各断面汛期月均输沙需水量大于非汛期月均输沙需水量。相较而言,在不同代表年的汛期和非汛期,从咸阳断面至华县断面输沙需水量在增加。在丰水年 (p = 25%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为63.67亿m³、97.95亿m³和103.25亿m³;在平水年 (p = 50%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为49.71亿m³、83.27亿m³和85.08亿m³;在枯水年 (p = 75%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为30.17亿m³、55.14亿m³和65.32亿m³;在特枯水年 (p = 90%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为23.96亿m³、37.91亿m³和38.92亿m³。由丰水年到枯水年,渭河下游各断面年输沙需水量变小。     

长江干流江苏段44年来河道冲淤变化的时空特征

通常认为气候变暖引起的海平面上升将导致下游河道的淤积, 流域水土保持和水库建设引起的上游来沙量的减少将导致下游河道的冲刷。然而, 长江下游河道是如何对海平面上升和上游来沙量的减少做出响应的, 至今还没有直接的确凿的证据。在地理信息技术支撑下, 对长江干流江苏段(约330 km) 5 个时期1:25000~1:60000 的河道地形图进行了数字化, 建立了1959、1970、1985、1992 和2003 年河道数字地形图, 对河道的冲淤变化进行了计算分析。 结果表明, 长江干流江苏段在1985 年前后发生过明显的河道冲淤转换: 由1959-1985 年之间的平均淤积状态转变为1985-2003 年之间的平均冲刷状态。主要原因是1985 年以后该河段的上游来沙量的减少。1959-1985 年之间长江干流江苏段河道的淤积过程, 存在着由上游向下游推进的“顺流堆积”现象。1985-2003 年之间, 下段冲刷速率大于中段和上段。     

长江中游马口-田家镇河段40 年来河道演变

运用地理信息系统(GIS) 与数字高程模型(DEM) 分析了马口-田家镇河段1963 年、1972 年与2002 年河道地形数据, 较为系统地研究了该河段过去40 年冲淤时空变化。研究结 果认为, 1972 年与1963 相比冲刷量达到789.9 hm³, 冲刷面积为39.7×104 m²; 2002 年与1963 年相比冲刷量达到1196.5 hm³, 冲刷面积为59.4×10⁴ m²; 2002 年与1972 年相比冲刷量 达到960 hm³, 冲刷面积为54.3×10⁴ m²。由以上结果认为, 马口-田家镇河段近40 年来以冲刷为主; 河道冲淤变化以马口卡口与田家镇卡口等窄深河段最为剧烈, 宽浅河段与顺直河 段冲淤变化较为和缓, 冲淤变化幅度不大; 卡口上、下端以淤积过程为主, 而卡口顶冲水流的顶弯部位以冲刷过程为主。研究河段冲淤变化受上游来水来沙条件影响很大, 对未来三峡工程建成后, 三峡大坝下游来水来沙以及研究河段冲淤变化的影响研究提供借鉴。     

黄河上游内蒙古段河床演变及其与水沙变化的关系

对黄河内蒙古段河道大断面进行了连续4 a的测量,分析了断面泥沙冲淤与形态调整的变化过程;通过对河床形态指标变化与水沙条件的相关分析,揭示了河床调整主要的影响因素。结果显示：近4 a内不存在河槽萎缩的现象,整个河段河道存在总的冲刷降低的趋势,继承了自2004年以来该段河道以深度加大为主,河槽逐渐缓慢扩大的变化方向。整个河段平均从2011年汛后至2014年汛后,全断面冲刷了64 m²,河槽河底降低了0.16 m,河槽断面面积增加了4.4%,平均深度增加了4.9%,河槽宽度只增加了0.88%,河槽宽深比减小了4.8%。河槽冲刷和形态调整主要发生在2011年汛后至2012年汛后期间,与2012年较大的洪峰有关。分析河槽冲淤和断面形态变化与水沙条件的关系,结果显示滩唇高度、河槽过水面积、平均深度及宽深比变率与流量大小关系密切。滩唇高度、河槽过水面积、平均深度随着流量的增大而增加,宽深比随着流量的增大而减小。相反,河床断面面积和主槽宽度的变化与水沙条件的关系不显著。除了滩唇高度与平均含沙量有关外,平均含沙量和来沙系数与河床冲淤以及河槽形态变化之间关系都不显著。揭示出近年来内蒙河道主槽以垂向冲淤为主,并且流量变化控制着河槽冲淤与形态调整过程。     

Relationships Between Flow Hydraulics, Sediment Supply, Bedload Transport and Channel Stability in the Proglacial Virkisa River, Iceland

We present data from a proglacial river in Iceland that exhibits very different sedimentological characteristics when compared to its alpine counterparts. The braidplain is characterised by coarse outburst gravels that inhibit sediment transport and channel change. Bedload transport is restricted to the movement of fine-grained gravels that pass through the channel system without promoting significant changes in channel geometry. Bar forms are erosional features, inherited from the last major peak flow, rather than depositional in nature. On the basis of our observations we conclude that braidplain morphology is controlled by low frequency, high magnitude flow events, possibly associated with glacial outburst floods. This is in marked contrast to process-form relationships in more dynamic alpine proglacial channels that are characterised by high rates of sediment transport and channel change.     

Relationship between potential waterway depth improvement and evolution of the Jingjiang Reach of the Yangtze River in China

Given the importance of waterway depths in river development, the effects of the evolution of bars and troughs on waterway expansion play an important role in river management and water depth conservation. This study aims to expand the waterway dimensions of the Jingjiang Reach of the Yangtze River. To achieve this objective, determining the relationship between river evolution processes and the potential for waterway depth improvement and navigation hindrances is vital. Therefore, the sedimenta...     

长江河口悬浮泥沙的混合过程

根据准同步观测的悬浮泥沙及表层沉积物粒度、流速、含沙量资料, 分析了长江口及临近海域悬浮泥沙在河口的混合过程。长江河口-陆架系统悬浮泥沙中值粒径呈现“细-粗-细”的变化规律, 河口上段悬浮泥沙中值粒径为8.9 μm, 拦门沙海域为10.5 μm, 陆架区为4.5 μm, 北支为9.9 μm, 杭州湾口为5.6 μm, 泥沙类型为粘土质粉砂。河口上段和陆架区悬浮泥沙与表层沉积物的垂向混合作用较弱, 拦门沙区域二者发生强烈的混合和交换, 悬浮泥沙在由长江河口向陆架系统输移过程中仅有表层泥沙保留了流域输入的泥沙粒度特征。长江口悬浮泥沙中值粒径与含沙量呈良好的正相关关系, 水流的剪切作用是引起拦门沙海域泥沙再悬浮、近底高含沙量和悬浮泥沙粒径增加的主要原因, 悬浮泥沙粒径和含沙量的增加主要由粉砂组分的增加引起。2007 年长江河口区范围内悬浮泥沙中值粒径比2003 年普遍减小11％, 含沙量比2003 年减小22%, 河口上段含沙量对流域来沙减少的响应最为敏感, 而拦门沙区的泥沙粒径对流域来沙减少的响应最敏感。在长江流域来沙量减少的背景下, 河口拦门沙区域仍能维持较高的含沙量, 主要缘于河口系统内部的供沙