坝下河段悬移质和推移质沿程冲刷过程研究

通过三门峡水库、丹江口水库和三峡水库坝下河段水文泥沙实测资料,研究了坝下悬移质沿程恢复的一般规律,结果表明:含沙量和悬移质中值粒径沿程先增长后减小,两者峰值均随冲刷时间发展而向下游移动;含沙量恢复距离与流量大小正相关,与床沙补给粒径反相关,大流量恢复距离长,小流量恢复距离短,粗沙恢复距离长,细沙恢复距离短;河床冲刷由含沙量恢复特性决定,粗细颗粒泥沙均在恢复过程中则河床粗细均冲,粗颗粒已恢复而细颗粒仍在恢复过程时河床淤粗冲细.开展了清水冲刷水槽试验,研究了坝下推移质在冲刷中的贡献和级配调整特点,主要结论如下:当床沙初始可悬百分数小于40%,河床以推移质冲刷为主,相反则以悬移质冲刷为主;推移质级配随冲刷历时粒径先增粗再变细最后趋于稳定.     

三盛公水库运用对下游河道输沙的影响

通过建立一维水沙数学模型,分析了不同下泄流量与含沙量条件下三盛公水库下游河道的水沙输移规律,统计了河道的含沙量、累计冲淤量和河段沿程冲淤量,并计算了河道单位长度冲淤量,定量分析了不同河段的冲淤特点。结果表明：流量相同的条件下,进口含沙量越大,河道沿程淤积量和累计淤积量越大,但水库下游100km后水体含沙量逐渐趋于一致,与进口含沙量无关;水库的下泄流量和含沙量对下游河道的冲刷和淤积影响明显,下泄含沙量不大于3kg/m3时,下游河道以冲刷为主;水库至三湖河口河段冲淤变化受上游来水来沙条件影响明显,该河段冲淤平衡来沙系数在0.004kg·s/m6附近。     

近50年钦江水沙变化研究

【目的】分析钦江近50年来河流水沙变化特征,以及河床演变对水沙变化的响应。【方法】以钦江为研究对象,收集长时间序列的水沙和河床断面资料,基于小波分析、"3S"和Mann-Kendall非参数秩次相关检验等方法,分析水沙变化及其影响因素。【结果】20世纪60年代以来钦江水沙均呈现下降趋势,其中含沙量下降趋势尤为明显,水沙变化突变年份是1979年和1995年;夏半年的平均流量与平均输沙量分别占全年的58.62%和61.77%,年平均流量和年平均含沙量存在4~6年和15年的周期振荡特征;中游河床枯季先冲刷后淤积,下游则以冲刷为主;流量主要受降雨控制,而含沙量则主要受控于水土流失、森林保育和人口增长等多种因素。【结论】钦江水沙总体呈下降趋势,水土流失、水利工程和耗水量等人类活动是泥沙减少的重要影响因素。     

黄河的高含沙水流问题

高含沙水流一般属于二相水流，液相为清水与细颗粒泥沙组成的浑水，固相则为粗颗粒泥沙。粗、细泥沙的分界粒径因含沙量的增大而加大，当含沙量超过某一临界值时，整个水流转化成为均一的一相浑水。物质组成越细，这个临界含沙量越小。 高含沙水流可按宾汉体处理，其粘滞性远较清水为大。在流速和水深还相当大时，就有可能从紊流过渡为层流流动。 紊流型二相高含沙水流具有对数流速分布，阻力损失系数接近或略小于清水水流，泥沙运动以悬移为主，含沙量垂线分布遵循扩散定律。进入层流区后，阻力损失迅速递增，且具有高度的不稳定性，会出现滚波性质的阵流现象。 高含沙水流的冲刷能力较清水水流为大，高含沙洪峰通过时，会引起河床的大幅度下降。当作用在床面上的剪切力小于宾汉极限剪力时，泥沙堵塞河床，水流不复流动。高含沙水流的这种剧烈冲淤现象，将在防洪上带来一系列的问题。     

调水调沙驯黄河

什么是调水调沙 黄河是世界上含沙量最大的河流,每年它会从黄土高原带走16亿吨的黄沙,但其中有4亿吨泥沙不会流入大海,而在水库和下流河道中沉积下来,下游河床由此以平均每年10厘米的速度抬升。“调水调沙”就是通过调控水库泄水,把淤积在黄河河道和水库中的泥沙尽量多地送入大海,冲刷河床,减缓泥沙的淤积。     

三峡水库至坝下游粗细颗粒泥沙输移特性与驱动机制

流域人类活动的增强,深刻影响了河流水文与地貌形态演变过程及发展趋势.三峡大坝作为全球最大的水电工程,其运行对下游水沙通量、泥沙输移、地貌形态等的影响引起了广泛关注.通过1990～2021年三峡水库蓄水对泥沙分选及下游泥沙输移过程影响的研究,加深了人类活动对河流水沙-地貌系统演变的认识.研究结果表明：三峡水库拦蓄了上游流域76.33%的沙量进入大坝下游,细颗粒(d≤0.125mm)和粗颗粒(d>0.125mm)沙量排沙比低于25.0%(24.26%和11.69%);2003年以来三峡大坝下游河段总沙量、细颗粒泥沙沿程得到恢复,其恢复量值低于蓄水前(1990～2002年)平均值;三峡水库运行改变了库区水位及流量过程,库区水位抬升降低了总沙量、粗颗粒及细颗粒泥沙排沙比,汛期(5～10月)入库流量大于30 000m³/s天数多的年份细颗粒泥沙排沙比增加、粗颗粒泥沙排沙比保持稳定;三峡水库运行后坝下游宜昌至湖口河段的沙量减少引起河床长距离累积冲刷,细颗粒泥沙沿程得到恢复,因河床逐渐粗化作用引起的粗颗粒泥沙恢复程度呈减弱态势.     

三峡建坝后长江宜昌—汉口河段水沙与河床的应变

通过三峡建坝前后1950—2013年的水文、泥沙与2003年和2011年的实测河床底形资料对比,试图讨论长江中游宜昌—汉口河段水沙及河床地形等应变量对三峡建坝的响应,为人们理解河流水沙及河床冲淤对超大型水库应变的幅度提供具体案例.三峡建坝后,宜昌站和汉口站年均流量由建坝前的13 850 m3/s和22 650 m3/s(1950—2002)减少到建坝后的12 450m3/s和21 000 m3/s(2003—2013),分别减少10.1%和7.2%;年均输沙量由5.56亿t和4.02亿t(1950—2002)锐减至0.6亿t和1.5亿t(2003—2013),分别减少89.5%和62.2%;年均悬沙中值粒径则由35μm(1950—2002)和25μm(1955—1975)减少至4μm和15μm(2003—2010).同时,水流挟沙不饱和能力的增加,引起了河床的沿程冲刷及泥沙粗化,宜枝河段、荆江河段和城汉河段深泓处分别平均冲刷了3.7 m、1.5 m和0.4 m,在主槽刷深的同时,河道浅滩有不同程度的萎缩.三峡建坝已导致中游水沙及冲淤条件发生了巨大改变.     

葛洲坝水利枢纽工程对宜昌河段水文水力特性的影响

根据葛洲坝水库蓄水前后宜昌水文站水文实测资料,分析了葛洲坝水利枢纽工程对宜昌河段水位-流量关系、断面形状和水位变化规律的影响.结果表明,葛洲坝水库蓄水后,宜昌河段水文水力特征变化符合惯性区理论,洪水波运动形式发生变化,坝前水流流速降低,水流挟沙能力和推移力下降,水库淤积现象加重,下泄水流中的含沙量下降,宜昌河段推移质输入减少,下泄水流对河道的冲刷能力增强,原有的冲淤平衡被打破,河床质变粗,断面形状不断变化,宜昌河段河床下切、水流能量增大、流速增大,同流量情况下的水位较天然河道有所下降.     

基于滑动分析法的黄河下游造床流量变化研究

采用滑动分析法修正经典马卡维也夫法造床能力表达式,避免在分析流量频率时人为划分流量级带来的误差,基于黄河下游花园口水文站1950—2015年实测资料,分析黄河下游造床流量变化规律及新水沙关系。研究结果表明:改进后的造床流量计算方法中流量级长度参数在200～600 m~3·s~(-1)范围内、流量级滑动距离参数在1～600 m~3·s~(-1)范围内选取,均可准确计算出花园口第一和第二造床流量;1986—1999年,黄河下游第一和第二造床流量显著减少,洪水频次、洪峰流量和多年平均流量明显下降,下游河道淤积萎缩严重;1999年自小浪底水库运用及调水调沙以来,第二造床流量增加,下游河道主槽过流输沙能力提高。目前黄河下游造床能力已由第一造床流量主导转变为第二造床流量主控。     

对黄河下游河道认识的突破

一、造成“小水大灾”的原因近年来 ,随着清水资源的优先开发 ,龙羊峡、刘家峡两座大型水库投入运用 ,及上中游地区工农业用水的增长 ,黄河下游的问题更加突出。龙、刘水库汛期的最大蓄水量可达１００亿ｍ３,使得汛期进入下游的水量大幅度减小 ,含沙量增加 ,洪峰流量减小 ,洪水的造床作用减弱 ,河槽严重淤积并萎缩 ,平滩流量减小 ,二级悬河进一步发展 ,几乎年年出现长时间断流 ,防洪和水资源利用问题更加突出 ［１］。１．河槽严重淤积 ,平滩流量减小黄河是多沙河流 ,小水挟带的泥沙在河床中的大量淤积 ,是造成洪水位逐年抬升的主要原因。表…     

对黄河下游河道认识的突破

 造成”小水大灾“的原因近年来, 随着清水资源的优先开发, 龙羊峡、刘家峡两座大型水库投入运用, 及上中游地区工农业用水的增长, 黄河下游的问题更加突出。龙、刘水库汛期的最大蓄水量可达100亿m3,使得汛期进入下游的水量大幅度减小, 含沙量增加, 洪峰流量减小, 洪水的造床作用减弱, 河槽严重淤积并萎缩, 平滩流量减小, 二级悬河进一步发展, 几乎年年出现长时间断流, 防洪和水资源利用问题更加突出 [1].1.河槽严重淤积, 平滩流量减小黄河是多沙河流, 小水挟带的泥沙在河床中的大量淤积, 是造成洪水位逐年抬升的主要原因。     

黄河泥沙含量对磷迁移过程的影响研究

磷是我国河流主要污染物质之一,泥沙含量对磷的迁移过程具有重要影响,但针对磷在沉积物-水界面的迁移机制理解尚不完全．黄河作为典型的高含沙量和高磷负荷河流,对于磷在河流介质的迁移过程具有重要研究意义．在2019 年10 月份选取黄河沿程18 个水样采集点位和2 个沉积柱采集点位,对水样含沙量、总磷含量（TP）和沉积物样磷形态含量（Ca-P、Fe/Al-P、OP）进行测量,结合2000—2019 年黄河主要水文站实测输沙量、含沙量、泥沙粒径数据进行分析．从时空尺度上,尽管中游河段输沙量近20 年呈显著下降趋势,但下游输沙量仍保持稳定,下游前段水体含沙量呈上升趋势．将水体含沙量与TP 含量进行协同分析,下游河段水体含沙量同TP 含量呈相反变化规律．对泥沙粒径进行分析,冲刷作用导致较大粒径沉积物再悬浮,这一过程对磷的迁移具有重要影响．对沉积物磷形态进行分析,IP 为黄河流域沉积物磷主要赋存形态,Ca-P 是IP 的主要赋存形态．研究认为,当流速慢时,水体泥沙含量低,沉积物再悬浮作用弱,Fe/Al-P 在沉积物-水界面迁移. 当流速快时,水体泥沙含量高,沉积物再悬浮作用强,下游地区沉积物和悬浮颗粒物成为磷汇．      

三峡水库蓄水后长江中游分汊河道演变机理及趋势

长江中游宜昌-湖口河段分汊河型分布广泛,涵盖了顺直分汊、微弯分汊及鹅头型分汊3种类型.本文依据三峡水库蓄水以来大量原型观测资料,总结归纳了长江中游各分汊河段的演变特征及其内在机理,并初步预测了其发展趋势.研究结果表明,三峡水库蓄水后,沙量大幅减少,同时局部河床边界条件发生变化,长江中游分汊河段普遍出现支汊冲刷发展、中低滩冲刷变形、高滩滩缘崩退等演变现象.伴随着三峡水库调度方式的不断优化,加之河床冲刷下造床质输移水平的沿程恢复,以及大量航道整治工程的作用,城陵矶以下分汊河段稳定性将优于荆江河段.     

三峡水库重庆河段平面二维水沙数值模拟

本文针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限体积方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟。模型中针对长江河道的实际情况,采用李义天提出的分组挟沙力级配计算方法以及床沙质范围界定方法,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段原型观测资料对模型进行了验证。结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好,此模型可以用于重庆河道的水沙变化问题研究。     

三峡水库重庆河段平面二维水沙数值模拟

针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限体积方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟.模型中针对长江河道的实际情况,采用李义天提出的分组挟沙力级配计算方法以及床沙质范围界定方法,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段原型观测资料对模型进行了验证.结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好,此模型可以用于重庆河道的水沙变化问题研究.     

黄河下游洪水调控指标研究

依据200余场次洪水观测资料,应用统计分析、实体模型试验和数学模型计算等方法,对洪水按漫滩程度、水流含沙量高低、流量过程线形态特征和洪峰与沙峰相位差进行了分类;分析了塑造主槽的洪水关键因子;研究了黄河下游洪水过程调控关键技术指标。研究表明,黄河下游河槽高效输沙和塑造主槽作用较大的平滩流量约为4000m3/s,流量为4000m3/s条件下的洪水输送的临界含沙量为50kg/m3;对于不漫滩洪水,首选方案应按当时主槽的平滩流量控制,且平滩流量下的洪水流量过程以接近矩形波过程较好,峰前水量占洪水总水量的25%以上,洪水历时不小于7d;对于漫滩洪水,应控制洪峰流量大于平滩流量的1.5倍且大于洪水平均流量的1.2倍,同时应尽量控制洪水涨水期水量与洪水总水量之比不小于0.5,并保持洪峰与沙峰同步运行,洪水历时不小于7d;洪水调控分组含沙量大小主要取决于悬沙及床沙的级配;洪水来沙系数的调控指标视洪水类型而异,不漫滩洪水为0.012kg·s/m6,漫滩洪水为0.015kg·s/m6,同时还应控制分组泥沙的来沙系数。     

黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究

针对宁蒙河段近期水沙问题,以水力学及河流泥沙动力学为基础,研究河道水沙变化后河道冲淤临界指标.利用1952—2012年黄河宁蒙河段各水文站点实测资料,系统分析了河段水沙变化特性,点绘出河段汛期单位水量冲淤量与来沙系数关系,计算了不同河段河道临界冲淤条件.结果表明:宁夏下河沿-青铜峡河段河道基本能维持冲淤平衡,青铜峡-石嘴山河段河道呈微淤趋势,石嘴山-巴彦高勒河段冲淤调整量不大,内蒙三湖河口-头道拐河段随着进口流量的增加冲淤效率呈现淤积少—淤积多—淤积少—冲刷的变化特点;当平均流量小于1 000 m3/s时,宁蒙河道发生淤积,随着流量的增大,宁蒙河道处于冲刷的状态;当进口站含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段基本表现为冲刷状态,当含沙量大于7 kg/m3时,宁夏青铜峡至石嘴山河段汛期冲淤平衡临界来沙系数为0.003 4 kg·s/m~6,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段汛期临界来沙系数为0.004 5 kg·s/m~6,内蒙河道河道汛期冲淤平衡临界来沙系数大于宁夏河道.     

北峪河流域的治理措施

1 流域概况 北峪河属长江流域,嘉陵江水系,位于武都北部,是白龙江的一条小支流。在马街水文站集水面积278km2,干流长度28.6km,流域平均比降18.5‰,流域平均宽度9.86km,河床系粗砂粘土、块石组成。山区性地貌,土壤构成：上游黄土,中下游大黄土,植被占20%。北峪河虽然在甘肃省地形图上找都找不到,但北峪河流域暴雨产生的洪水泥石流对武都城防及沿途人民生命财产造成严重威胁。 2 洪水及含沙量特点分析 北峪河平时流量不到1m3/s,暴雨季节,由于流域面积小,形状近似方形,流域坡度陡,植被差,下垫面下渗能力差等原因。大暴雨时…     

斜坡海床上管道位置对其周围冲刷影响试验

斜坡海床上不同管道位置会引起不同冲刷,会对海床形态演变产生影响,因此管道周围的海床床面变化对于管道的铺设极为重要。在波浪水槽中,采用中值粒径为0.38 mm 原型沙铺设1∶15坡度的底床模型进行试验,测量波浪作用下不同管道位置的床面形态。通过测量和计算管后冲刷坑深度、沙坝和沙坑到坡脚的距离,分析管道位置对沙质斜坡海床上床面形态演变的影响规律。试验结果表明,管道存在使波浪在破碎点附近波高增加,管道搁置在相对水深比Δ=0.36处与无管条件相比,波高增加幅度接近10%;随着相对水深比Δ减小,管后冲刷坑最大值先减小后增大,管道搁置在Δ=0.47处,管后冲刷坑最大值约为0.2倍管径,对床面形态影响最小;随着管道距离破碎点越近,形成的沙坝位置向岸方向移动。     

近30年黄河下游游荡段平滩面积及流量变化特点

上游水库蓄水拦沙运用会引起坝下游河流水沙条件的改变,导致坝下游平滩河槽形态与过流能力发生调整,给防洪规划、滩岸土地利用等带来了一系列影响.利用黄河下游游荡段1986～2016年水沙及断面地形等实测资料,分析了小浪底水库运用前后断面及河段尺度平滩面积及流量的变化特点,建立了河段平滩面积及流量与水沙条件的经验关系.计算结果表明:1986～2016年,游荡段平滩面积及流量总体均呈现出先逐渐减小再增加的趋势;综合考虑汛期及非汛期水沙条件对河床形态及过流能力调整的重要影响,游荡段平滩面积及流量:(1)与前期4年等权重平均的汛期及非汛期水流冲刷强度之间拟合关系较好,决定系数R~2分别为0. 926和0. 901;(2)与汛期及非汛期的水沙条件均呈正相关关系,其中平滩面积对汛期平均水流冲刷强度的变化更为显著,而平滩流量对汛期与非汛期平均水流冲刷强度变化都较为明显;(3)与前期4年非等权重的汛期及非汛期水流冲刷强度之间拟合关系也较好,R~2分别为0. 929和0. 906;(4)与非等权重计算相比,等权重计算的经验关系式已经达到一个较高的精度,且计算过程简便,因此便于实际应用.