长江口横沙通道近岸冲刷地貌形成机制

近岸河床的剧烈冲刷是引起岸坡失稳的主要原因之一。通过SeaBat 7125多波束测深系统对长江口近岸冲刷最为剧烈的横沙通道北口冲刷坑地貌进行测量,同时利用双频ADCP采集区域水流数据,结合历史海图资料,研究该冲刷坑演变过程及形成机制。结果表明：冲刷坑呈椭圆形,长约430 m,宽约150 m,最深处距床面约38 m;1984-2017年期间,冲刷坑附近河床经历了冲—淤—冲的演变模式,整体呈冲刷状态,净冲刷量3.45×10 ⁷ m ³,平均冲深4.68 m;2005年后冲刷坑快速发育,且持续向南延伸。这主要是因为长兴北沿圈围工程的建设减小该处弯道曲率半径,导致了侵蚀加剧。其次,青草沙水库的建设使得北港上中段深泓线发生偏移,横沙通道北口水动力增强,这也是快速冲刷的主要原因之一。另外,长江口深水航道工程、横沙东滩围垦、横沙通道两侧圈围工程及港口码头的建设也一定程度加剧了冲刷之势。由此可见,人类涉水工程活动是引起该处大型冲刷坑快速发育的主要驱动因素。     

河流过程的累积现象和随机模型

累积现象普遍存在于河流过程中,准确考虑前期水沙条件的累积影响对冲积河流河床演变规律的研究至关重要。为揭示累积现象的物理实质,本文对国内外多条典型冲积河流上枢纽修建后其上下游河道冲淤实测资料进行了分析。定义水沙条件变化为外部扰动,并假定其发生概率符合泊松分布及单个扰动引发的系统反馈强度随时间呈指数衰减。本文运用统计力学中的随机理论给出了冲积河流外部扰动诱发的内部反馈随时间的累积过程及其时空间演进的数学描述和理论模型,并将其应用于枢纽修建后其上下游河道形态时空调整过程的模拟。结果发现,从时间上看,断面垂向、横向及全河段的冲淤调整速率早期较快,之后迅速减缓,河床累积冲刷深度、河宽及河段累积淤积量随时间不断增大直至平衡,表现出典型的累积特性;从空间上看,坝下河段冲刷强度沿程非线性衰减直至消失,这种空间分布上的不平衡是外部扰动引发的系统反馈在空间传播的同时随时间衰减的综合结果,是河流过程累积特性的另一外在表现。模型应用结果表明,河道垂向、横向、纵向及全河段的时空冲淤调整过程均可用归一化公式来描述,计算值与实测值符合较好,相关系数R ²达0.92、0.93、0.76和0.95。本文模型同时考虑了河流过程的累积特性和系统反馈的空间传播特性,可为定量描述扰动后非平衡态河道的时空调整过程提供理论依据和新的计算方法。     

新构造运动对冲积河流影响研究的回顾与展望

研究新构造运动本身及其对冲积河流的影响,可以深化地貌学理论、沉积旋回复杂性假设等的认识,也与实际应用密切相关。将活动构造作为新构造运动的一个组成部分,回顾了新构造运动对冲积河流影响,并提及新构造运动本身的研究进展。控制流域水系格局及河流走向的研究,侧重地质学解释;新构造运动应力场的研究,深化了新构造运动机理及驱动力的探讨。三类基本缓慢新构造运动影响水系发育、河床演变、河型变化及河道冲淤,表现出复杂性、层次性、敏感性和先兆性;文章兼及河流侵蚀作用形成"新构造"的研究进展,回顾了物理模型实验研究成就及数学模拟研究端倪。进而指出:应注重该学科的交叉、渗透、综合研究与新构造快速运动方式对冲积河流影响的研究,定期进行新构造运动活跃区的升降速率、河床演变与泥沙输移的观测,进一步推进物理模型实验与数学模拟研究,并加强研究力量的协作与融合。     

水库下游再造床过程的若干问题

取河流动力学与地貌学的分析相结合,并辅之以模型试验作验证的途径,对水库下游河床演变中的纵向冲刷、横向变形和河型变化等问题进行了讨论,获得了苦干形式简单,但有一定实用价值的定量关系和评估方法。     

基于DEM的西江磨刀门水道近40年来河床演变特征研究

建立了西江干流磨刀门水道1962年、1977年、1999年的DEM,研究珠江三角洲磨刀门水道近40年的河床演变.结果表明:1962-1999年磨刀门水道总体表现为冲刷状态,净冲刷量约576万m3/a,年均冲刷率16万m3/a,单位河长冲刷率约13万m3/km,断面面积减小,河床深槽范围扩大,平均水深、河宽均增大,宽深比减小,断面向窄深发展;但不同时段冲淤特性表现不同,1962-1977年表现为淤积,淤积量2033万m3;1977-1999年处于冲刷状态,冲刷量2 617万m3.磨刀门水道不同阶段河床冲淤演变与流域人类活动引起的来水来沙变化、三角洲网河联围筑闸、河床采砂以及由此引起的三角洲网河水沙分配变化等因素密切相关.整体看,磨刀门水道近期演变趋势仍将表现为以冲刷为主的自适应调整.     

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。     

风蚀水蚀共同作用下沙漠河流泥沙级配特征

以水蚀风蚀区内蒙古河段重要入黄支流西柳沟为研究对象,通过对西柳沟流域产沙地层及河流水文站悬移质泥沙采样分析和激光粒度仪测定,对研究区河道纵向、横向断面沉积的泥沙级配特征进行了分析,揭示了流域沉积泥沙粒径分布变化规律。结果表明：西柳沟流域沉积泥沙的中数粒径从上游丘陵沟壑区到下游农田区逐渐减小;河流右岸泥沙粒径较大,左岸泥沙粒径相对较小,河床泥沙粒径介于二者之间;流域沉积泥沙粒径主要分布在0.125~0.5 mm,而流域出口水文站悬移质泥沙粒径72.5%在0.025 mm以下,说明西柳沟进入黄河干流的泥沙主要为细泥沙。     

近10 年来长江口水下三角洲的冲淤变化 ——-兼论三峡工程蓄水的影响

根据对近10 年来长江入海泥沙量和河口冲淤的对比分析, 探讨水下三角洲冲淤对长江入海泥沙锐减以及三峡工程运行的响应。结果表明: (1) 三峡水库蓄水导致长江入海泥沙减少1×10⁸ t/a 量级; (2) 1995-2000 年、2000-2004 年和2004-2005 年研究区淤积(冲刷) 面积分别占75.5% (24.5%)、30.5% (69.5%) 和14% (86%), 垂向冲淤速率(负为冲刷) 分别为6.4 cm/a、-3.8 cm/a 和-21 cm/a。(3) 由于地形和水动力的变化以及工程的影响, 研究区内冲淤对河流来沙减少的响应存在显著空间差异。结论包括: 三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少; 入海泥沙的锐减是水下三角洲从淤积为主向侵蚀为主转变的主要原因。随着水库拦沙能力的增强等流域人类活动的影响, 长江入海泥沙将进一步下降, 河口口门区的冲刷可能加剧, 值得有关部门重视。     

前山河水力排污冲淤联合调度试验及效果分析

以排污冲淤为目的,改变原有水利工程设施的常规调度方式,通过水利工程设施的联合调度,大量引入西江磨刀门水道丰富和干净的水源,加大前山河河道内水流流速和流量,对河道进行排污冲淤,达到改善河道水质的目的。试验结果表明,试验排污效果好,水质得到明显改善;经过大流量冲刷,河床主槽加深,但在下游水闸关闭后,水流携带的泥沙在下游沉积,出口附近河床反而出现淤积;河道底质的变化与与河床的冲淤有很大关联,试验后,河道上游底泥受到冲刷,底质明显改善,下游出口段发生淤积,底质指标恶化。试验具有冲污效果好、见效快、投资省、运行成本低等优点。     

紫色土坡耕地细沟发育的形态演变

研究细沟发育的形态演变规律是认识细沟发生机理的前提,本研究通过人工降雨与微地貌扫描相结合的方法,调查了紫色土坡耕地细沟发生过程的形态演变特征.采用三维激光扫描仪扫描不同降雨时段坡面,生成高精度坡面DEM图像,统计各时段不同坡段等高线偏离度,量算坡面凹陷区的表面积、周长、直径以及沟头下切深度;结果表明,等高线偏离度越大细沟发育越完全,有细沟发生坡面等高线偏离度是无细沟坡面的1倍以上;凹陷区的表面积、周长、直径相对于单位降雨量的扩展速率均在细沟贯穿时段出现最大值;跌坑位置与坡面水平起伏关系不明显,统计的3条沟头分别发育于水平方向起伏的最高点、中间点和低点;跌坑下切深度及其单位降雨量的扩展速率在跌坑贯穿形成细沟时段出现最大值,之后逐渐降低,说明跌坑的形成是细沟造床的关键.     

管道穿越山地河段冲刷深度计算方法的比较研究

管道穿越山区河流河段的埋深设计是工程安全与经济造价的重要问题。当前河床冲刷计算方法众多,而不同计算方法的比较研究较少。本文以常用的一般冲刷、局部冲刷经验公式及非恒定数值模拟技术为基础,分析了某管道穿越河段冲刷特性。结果表明:非恒定流数值模拟方法能较全面反映穿越区域最大冲刷深度的演化过程,规范建议的一般冲刷64-1修正式与局部冲刷65-2式计算的最大冲刷程度与数值模拟结果较为吻合,而局部冲刷65-1式冲刷稍偏小,堤坝局部冲刷式计算偏差较大。     

中国河流地貌研究进展——纪念沈玉昌先生100年诞辰

2016年是中国现代河流地貌研究的开拓者和奠基人沈玉昌先生100年诞辰,本文对中国河流地貌研究进展进行综述,以资纪念。研究涉及4个方面：① 水系发育与河谷地貌演变,包括大江大河水系历史发育和山区河流地貌;② 侵蚀与产沙过程,包括有物理成因基础的侵蚀产沙模型、侵蚀产沙过程的尺度效应、植被对侵蚀的影响及临界现象、坡面细沟发育过程模拟等;③ 河床过程与河型,包括河道冲淤过程、河床演变、河型成因与演变等;④ 河流地貌系统研究,包括流域系统不同子系统的耦合关系、河流地貌系统中的高含沙水流和多营力地貌过程、河流地貌系统对于自然因素变化和人类活动的响应、河流地貌系统中的泥沙灾害和河流地貌系统的实验研究等。50年前沈玉昌先生与钱宁先生提出在地貌学与河流动力学相结合的基础上发展中国河流学科。文中对此方面的进展进行了综述,并提出了需要深化和解决的问题。     

40年来长江九江河段河道演变及其趋势预测

利用地理信息系统(GIS)与数字高程模型(DEM)技术定量模拟40年来九江河段冲淤演变过程,结果表明: 1963~1972年总体表现为淤积,淤积量为6.505 hm³,平均淤积速率为0.65 hm³/a。1972~2002年总体表现为冲刷,冲刷量为20.720 hm³,平均年冲刷率为1.036 hm³/a。1963~2002年九江河床总体表现为冲刷,冲刷量为14.977 hm³。2003年与1963年比较,河床淤积区域主要分布在九江河道上段近南岸区域,中下段河道的中间区域;冲刷区域主要分布在九江河道上段的中间及近北岸区域,中下段河道两岸的近岸区域。中下段南岸的不断刷深和南偏对九江的防洪带来更大的压力。     

南极洲的冰川

19世纪前半叶,在地质学家和生物学家们中间,广泛流行着关于自然界在缓慢地、逐渐地发展的观点。这种观点代替了诺尔扎·丘维的“突变论”。在漫长的地质年代逐渐形成了山脉,河流不断地冲刷着山地,简单的有机物变为复杂的有机物。在人类还没有出现的时候,我们的祖先经过了漫长的演变,地质历史的空白是逐渐填补的。     

三峡水库下游弯曲河型演变规律调整及其驱动机制

大型水库的兴建深刻改变了下游水沙输移特点,进而导致河床演变规律显著调整,水库下游弯曲河型对水沙过程改变响应敏感,是水库下游河床演变、航道整治、河势控制等方面研究的关键区域。本文基于1996-2016年的实测水文、地形资料,对长江三峡水库下游弯曲河型的演变规律及其驱动机制开展研究,结果表明：① 三峡水库蓄水前,下荆江存在“凸淤凹冲”、“凸冲凹淤”两类弯曲河型,而三峡水库蓄水后均表现为“凸冲凹淤”的一致性规律;② 在水库拦沙作用的影响下,下荆江河段平滩河槽存在累积性冲刷现象,冲刷部位集中于枯水河槽与基本河槽之间的低滩,冲淤部位调整主要由变化的流量过程所驱动,上游河势、河道边界以及支流入汇等因素均有一定驱动作用;③ 在三峡水库蓄水后缺乏大洪水的情况下,凸岸水流挟沙力随流量增加逐渐增强,水流对凸岸冲蚀力度在平滩流量级附近（20000~25000 m3/s）达到最强,平滩流量附近流量级的持续时间超过20天时,弯曲河道发生凸冲凹淤现象。而悬沙中造床粗沙的减少,增强了水流冲刷强度,加剧了凸岸的冲蚀程度。     

近百年来人类活动对鸭绿江口河床演变的影响

本文以鸭绿江口西汊道连续性较好、时间分辨率较高、以海湾性质为主的2 处现代沉积物为样本,对其沉积速率、粒度特征、碎屑矿物、重金属进行了测定和分析。柱状样记录了1920 年以来西汊道上游的沉积过程,平均沉积速率约为0.98 cm/a,粒度参数、指示性碎屑矿物、重金属的垂向分布显示出这里的沉积是以海相河口湾沉积为主,但交替存在河流沉积。通过与前期研究成果的比较,揭示了近百年来人类活动对鸭绿江口河床演变的影响。其中,兴修水利对河床演变的影响集中在早期,并带来了河床地貌的重大改变,西汊道失去了河流主汊道的地位;围垦带来的河床演变出现在中期,对河床地貌的影响也很深刻,表现为陆域面积不断扩大,水域面积不断缩小;航道治理等人类活动对河床演变的影响出现在中后期,河床地貌没有明显的改变;最近的人类活动影响有待观察。     

山地河流的河相关系及其变化趋势——以怒江、澜沧江和金沙云南河段为例

河相关系理论迄今总是应用于冲积河流的研究中并取得了很好的效果,但尚未应用在非冲积性山地河流的研究中.河相关系理论是否适用于非冲积性河流的研究?该研究选取滇西山地河流,以怒江道街坝、澜沧江旧州和景洪、以及金沙江石鼓4个水文站的历年实测水文资料为基础,探讨了上述4站有水文资料记载时段的历年及多年的流量～河宽、流量～水深、流量～流速关系,揭示其年际变化特征.结果显示,河相关系理论在研究非冲积性河流当中同样存在很好的效果,表明山地非冲积性河流与冲积河流在河道演变中遵循类似的规律.研究区北段从西部的怒江到中部的澜沧江,再到东部的金沙江,其河相关系的年际变化幅度逐渐减小,与它们受到构造抬升的影响减弱相适应.澜沧江河相关系的年际变化在北部相对不明显,在南部则相对显著,这与其南北两段的地貌分异有关,也与中下游的大坝建设等人类活动引起南部河床的冲淤强度的增大有关.系数积及指数和表明,山地河流由于受到基岩边界的影响,其流水断面的调整中河宽、水深和流速之间的协调能力比冲积性河流的小.另外,建立了流水断面宽深比与流量之间的河相关系式,丰富了河相关系的研究内容,并在研究区不同河流、不同河段的流量预测或断面形态预测中具有重要的意义.     

山地河流的河相关系及其变化趋势——以怒江、澜沧江和金沙江云南河段为例

河相关系理论迄今总是应用于冲积河流的研究中并取得了很好的效果,但尚未应用在非冲积性山地河流的研究中。河相关系理论是否适用于非冲积性河流的研究？该研究选取滇西山地河流,以怒江道街坝、澜沧江旧州和景洪、以及金沙江石鼓4个水文站的历年实测水文资料为基础,探讨了上述4站有水文资料记载时段的历年及多年的流量～河宽、流量～水深、流量～流速关系,揭示其年际变化特征。结果显示,河相关系理论在研究非冲积性河流当中同样存在很好的效果,表明山地非冲积性河流与冲积河流在河道演变中遵循类似的规律。研究区北段从西部的怒江到中部的澜沧江,再到东部的金沙江,其河相关系的年际变化幅度逐渐减小,与它们受到构造抬升的影响减弱相适应。澜沧江河相关系的年际变化在北部相对不明显,在南部则相对显著,这与其南北两段的地貌分异有关,也与中下游的大坝建设等人类活动引起南部河床的冲淤强度的增大有关。系数积及指数和表明,山地河流由于受到基岩边界的影响,其流水断面的调整中河宽、水深和流速之间的协调能力比冲积性河流的小。另外,建立了流水断面宽深比与流量之间的河相关系式,丰富了河相关系的研究内容,并在研究区不同河流、不同河段的流量预测或断面形态预测中具有重要的意义。     

裂点发育及其对堰塞坝的稳定性影响

通过野外调查及试验对堰塞坝的稳定和裂点的发育进行研究,发现堰塞坝的稳定性主要取决于泄洪道内阶梯-深潭系统的发育程度SP和坝体上游洪峰的水流能量P.堰塞坝的保存与溃决情况采用保留的坝高比进行定量描述,对于洪峰流量小于30 m3/s山区河流,保留坝高比与SP呈线性相关;洪峰流量大于30 m3/s(＜ 30000m3/s)时,河道稳定所需的最小河床结构强度SP随着单宽水流能量P的增加而增大.堰塞坝泄洪道内不发育阶梯-深潭系统或发育程度较低的坝体,SP值小于稳定河床最小的阻力强度,将会发生下切、溯源冲刷并引起溃坝.保留的堰塞坝在泥沙淤积和水流的长期作用下会形成裂点,对河床下切起到控制作用,降低再次发生滑坡的风险.大型裂点能改变河床演变和河流地貌,连续堰塞坝形成的裂点能长期保存并形成优美的自然景观,创造良好的河流生态环境.     

黄河中下游泥沙通量变化规律

根据黄河中下游多个主要水文控制站50多年的实测资料,利用水文学、泥沙运动力学、河床演变学和经验统计相结合的分析方法,分析黄河中下游泥沙通量的变化规律。结果表明,黄河中下游泥沙通量递减的同时泥沙粒径变细,人为因素影响巨大;中下游泥沙通量变化具有阶段性、季节性和自相关性。黄河下游河道泥沙冲刷与淤积均具有上段变化大、下段变化小的特点,这是由河道下游上宽下窄、上陡下缓特征决定的;下游河道输沙能力影响因子中,河道水量尤其是汛期水量起主要作用。