三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整,对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制,分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽,其变化占整个平滩河槽的90%以上,且基本河槽冲刷加剧;断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上,通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系,发现螺山、汉口两站流量分别为29000~31000 m 3/s、31000~33000 m 3/s时,河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大,因此,可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后,该流量级以下的水流累积造床作用凸显,是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因;同时,受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响,河槽冲刷加剧。     

[专稿]近年长江中下游径流节律变化、效应与修复对策

近十余年长江上游大量兴建大型水库,蓄水、调节和拦沙对中下游河川径流和泥沙产生了深刻影响.河川径流减少,径流季节提前,伏秋（特别是10月）流量显著降低、变差系数增大,97%严重干旱频率情景变成80%~85%.同时,宜昌和出海输沙量分别减少93%和70%,中下游河槽冲刷下降1~3 m,三峡蓄水后仅13年清水冲刷幅度和范围已超过三峡预期30年的冲刷上限,目前仍呈加速趋势.干流各站平均水位下降2~4 m,与此同时河道同流量洪水位反而升高.水库调节是水位降低的主要原因,河道冲刷更加剧水位降低,当前水位变化对防洪和生态都不利.汛后流量和干流水位提前降低使洞庭湖和鄱阳湖（两湖）提前干枯、松滋等"三口"入湖水量减少,伏秋高热季节两湖生态环境面貌发生了根本变化.汛后流量减少甚至显著增加长江大通十月流量小于15000 m³/s几率和上海长江水源受咸潮影响风险,10月咸潮入侵变成最严重时段必须引起高度重视.我们认为,径流和径流节律变化是当前长江生态环境最主要问题之一.建议以"水资源工程"重新定位上游大型工程、以"水资源优先"优化流域管理和切实回归既定三峡工程运行原则等统一调度和改善中下游水情;通过水库挖泥等措施修复长江物质通量,抑制中下游剧烈冲刷和稳定河流格局;加强中下游蓄滞洪区等防洪能力建设,为最大限度降低上游水库防洪和蓄水压力创造条件;主要通过改善上游水库调度维护两湖环境条件,"引清水入洞庭"和"增加供水设施建设"加强两湖适应能力.这是长江修复和保护重点.     

厦门港海沧港区10号泊位多年冲淤变化分析

利用高精度数字式测深仪对厦门港海沧港区10号泊位建成后的港池进行5a水深地形监测,并结合该区沉积物柱状样的粒度特征,分析研究区地形演变特征和冲淤变化特性.结果显示,停泊区底质沉积物从2002～2007年共淤积了2.72 m,其中2002～2004年表现为快速淤积,2005～2007年表现为缓慢淤积;季节性变化明显,表现为洪水期淤积,枯水期冲刷的特征;强淤积区的柱状沉积物自表层到柱样底部粒径逐渐由粉砂变粗为砂,粉砂段为洪水期淤积层,砂段为枯水期淤积层.上述结果表明研究区由于洪水期陆源物质补给量大,河流水动力条件较强,故以细颗粒的沉积或潮流引起悬浮泥沙的再沉积作用为主,淤积量较大;枯水期由于河流径流量减小,河流水动力条件减弱,故以潮流作用对表层沉积物的剥蚀改造或底床推移粗颗粒泥沙的沉积作用为主.本研究可为港池维护及泥沙淤积计算提供实践经验,同时在航道与港口建设、水利建设等海洋资源的可持续利用方面具有重要的应用价值.     

金塘水道冲淤变化分析

利用1935年、1962年、1987年和2004年4个典型年份的水深地形资料,通过建立这些年份金塘水道的数字高程模型,定量计算了不同时段海床平面冲淤和特征等深线位移的变化,并结合实测水文泥沙资料和南北两岸的水利水运工程布局,初步分析了冲淤变化的原因。结果表明,在1935—2004年的69年中,金塘水道的海床平面整体上以轻微冲刷为主,冲刷速率为2.3 em/a,而潮滩则表现为不断淤涨;水道冲淤在不同时段存在一定的差异,呈现由冲刷转向淤积的调整趋势,这种趋势可认为人为因素的作用大于自然环境因素的作用。     

考虑应力历史的冲刷对沉箱加桩复合基础水平振动特性影响研究

水流的冲刷效应会导致桩身周围土体的减少及土体应力状态的改变,而对沉箱加桩复合基础的动力特性产生显著的影响。提出了动力Winkler模型,建立了沉箱加桩复合基础受冲刷后考虑应力历史改变影响的动力阻抗计算方法,并通过与海绵边界动力有限元方法的对比,验证了其合理性。对沉箱加桩复合基础工程实例计算结果表明,冲刷对复合基础的动刚度及阻尼有比较显著的影响,且随着冲刷深度的加大,影响更为显著。仅考虑基础侧向土体的减少是不够的,应力历史的改变还会进一步弱化基础承载特性,从而放大结构动力响应,对忽略土体应力历史改变而计算的动力阻抗值是相对偏大的,且应力历史的改变会明显增加基础的共振幅值,但对共振频率大小无明显影响。     

ECOMSED模式在渤海湾泥沙冲淤研究中的应用

渤海是我国一个内海,面积约8.2万km2,平均水深约20m,沿岸有众多的海上建筑。本文利用ECOMSED模式,首先采用大小区嵌套的方式模拟渤海湾的三维潮汐潮流分布。其大区模拟结果显示,m1分潮振幅平均差值为0.59,迟角差值为-7.37,M2分潮振幅平均差值为0.65,迟角差值为18.36,与实测结果对比良好。小区模拟结果显示研究区域主要以往复流为主,在涨急落急时刻沿岸区域的流速较大,并利用27小时的连续实测潮流资料对计算结果进行验证,其结果表明计算值与实测值吻合较好。随后利用ECOMSED模式的泥沙输运模块模拟小区泥沙冲淤情况,结果表明选定区域基本为淤积区域。最后讨论人工岛的建设和大风条件对模拟区域泥沙淤积的影响。结果表明人工岛的建立对该地区整体的泥沙运动影响不大,但由于地形改变,在一定程度上减缓了部分地区的淤积速度。在强风浪作用下,研究区域的淤积及冲刷区域同未添加波浪时基本一致,没有明显的骤淤区域。     

黄河三角洲海岸冲淤及泥沙输运模型数值模拟分析

黄河三角洲是陆海交界地带,陆地海洋相互作用显著,泥沙所引起的岸滩演变、港口航道的淤积、水动力环境的改变等问题比较复杂。该文采用三维HEM-3D数值模型对黄河三角洲海域流场变化、盐度、悬浮泥沙浓度及海岸冲淤分布进行了潮流周期内的数值模拟分析。结果表明,黄河三角洲海域的悬浮泥沙浓度分布与潮流场变化和河口泥沙输入有密切的关系,在三角洲北部受五号桩外强潮流区的影响,近岸海底的泥沙发生明显的再悬浮,并在涨潮流向南输送,含沙量达1.5 g/L左右。在三角洲南部(现行河口区域和莱州湾区域),受现行河口入海泥沙扩散的影响显著。海域年冲淤分布,在北部废弃三角洲区域,由于海洋动力作用强烈,浅水冲刷,海底侵蚀显著,形成了明显呈沿岸展布的侵蚀中心,在侵蚀中心以外,侵蚀快速减弱。在现行河口区域,以淤积为主,在羽状流扩散的控制下,泥沙入海后向南输运,至莱州湾区域逐渐减弱。数值模拟的结果与卫星遥感解译的岸线变化基本一致,效果良好。     

长江口南汇嘴潮滩短期冲淤演变及其动力机制研究

潮滩地形的冲淤演变规律可以在一定程度上反映动力作用与地貌特征之间的相互耦合机制.根据近几年在长江口南汇嘴潮间带多断面连续观测资料,探讨区域内潮间带滩地的近期冲淤演变特征及其主要影响因子.研究结果表明:(1)南汇嘴潮滩近期主要呈现淤涨态势,而且年内过程季节性差异明显;受区位差异影响,不同观测断面的潮滩冲淤演变呈现特征不尽相同,断面1冲淤变化最为显著,年最大冲淤厚度均在10cm以上;(2)在波浪、潮流的作用下,区域内沉积物很容易被掀动悬扬,而且输沙环流系统的存在有利于悬沙向浅水区输运且在该区域内沉降淤积,从而为潮滩发育提供泥沙来源;(3)受"碧利斯"台风引起的风暴潮天气影响,研究区域内潮滩出现"大冲大淤"现象,即台风强侵蚀期过后滩面高程短期内恢复明显.由此可见,潮滩短期冲淤演变特征是各种动力因素作用下的综合体现.     

Scour effects on bearing capacity of composite bucket foundation for offshore wind turbines

Abstract

Composite bucket foundation (CBF) is a wide-shallow foundation for offshore wind turbines, which can be transported and installed with the turbine as one unit at a one-step operation. Compared with deep pile foundations, its structural stability is more sensitive to the scouring by waves and currents. In this paper, a three-dimensional finite element model with CBF and surrounding soil is established to estimate the failure mode at different given soil scour conditions. The loading on CBF for offshore wind turbines is characterized by relatively small vertical loading V, larger horizontal loading H, and bending moment M, and the effect of erosion on bearing capacity of CBF is determined by using the fixed displacement ratio method. In addition, the failure envelopes of the CBF applied in H–M and V–H–M loading modes are obtained. Results indicate that the bearing capacity of CBF under horizontal loading and bending moment will be significantly reduced by the decrease in the embedded depth of CBF due to the scouring depth and extent, as well as the H–M, and V–H–M failure envelopes. The structural stability safety factor of CBF under different scouring conditions can be obtained through the three-dimensional envelope surface with respect to scouring depth and extent.     

小浪底水库“腾库迎洪”期异重流形成分析

小浪底水库异重流的形成与运行规律是关系黄河调水调沙方案拟定的重要指标。基于现场调研、理论探讨与预测分析结合等手段,明晰了2018年"腾库迎洪"期小浪底水库来水来沙过程,根据水库调度与库区淤积形态等边界条件,观测了异重流的形成与运行,采用基于流速分布的水库异重流潜入点预测公式进行了计算分析。结果表明:2018年7月库区产生的剧烈冲刷,在潜入点处发生大量淤积,水深大幅减小,引起潜入点下移;潜入点位置随入库水沙增大、坝前水位降低及库区淤积的推进向坝前移动,计算与实测结果反映了该变化过程。