全沙河工模型试验的研究

在许多河道中,常常不仅有悬沙输移,也有底沙包括卵石推移,在某些情况下还有异重流形成。在模型中单独复演某一种泥沙,不可能很好解决复杂条件下的泥沙问题。因此在研究重大水利工程中的泥沙问题时,需要在一个模型上同时复演各种形式的泥沙运动,即进行悬沙和底沙的综合试验。这种全沙河工模型试验,国内以前没有进行过,国外也没有成熟经验可供参考。我们于1973年对全沙模型相似律进行了探讨,并于1974年完成了验证试验。五年多来的模型试验表明,这种全沙模型在研究枢纽布置、电厂防沙、减少航道淤积和改善峡谷段航行条件方面,是一个有效的工具。     

评《流域泥沙动力学模型》

泥沙的侵蚀、搬运、沉积是一个整体. 河流泥沙来源于流域泥沙, 流域环境决定着进入河流的水沙条件, 而水沙条件变化又进一步影响河床演变过程. 以前泥沙研究的重点集中在河流输沙与冲淤上, 而对流域面上的侵蚀产沙重视不够. 河流来水来沙条件是通过流域水土流失研究以及利用原型观测和经验方法得出的. 这方面的研究有较大的局限性, 至今还处于小流域的经验估算阶段. 因此, 加强流域泥沙研究, 从根本上揭示流域产流产沙与河床演变及江河治理的关系有重要意义. 钱宁院士最早开展流域来水来沙与河床演变关系的研究. 在20世纪70年代, 他通过观察黄河下游河床粗泥沙淤积现象, 认识到黄土高原粗泥沙来源对黄河下游河床淤积抬升起主要作用, 并初步划分了黄土高原多沙粗沙来源区的范围, 为黄土高原水土流失的治理指明了方向. 本人在黄河综合治理国家“八五”科技攻关项目中承担了“拦减粗泥沙对黄河下游河床演变影响”的课题, 对黄土高原自然地理条件、土壤侵蚀和输沙特性开展研究, 揭示了来水来沙减少对下游河床冲淤和演变的影响规律. 这些成果是基于对水文资料分析和河流水沙模型计算得出的, 但也需要从流域泥沙角度深入研究河流来水来沙与河床演变的响应关系...     

澜沧江干流水电开发的下游泥沙响应

澜沧江梯级开发对下游河道泥沙过程的跨境生态效应,是该国际河流跨境水资源开发及其环境效应研究中的关键问题之一．文中利用澜沧江和下湄公河上下游两个紧邻的干流水文控制站允景洪水文站和清盛水文站1987-2003年实测泥沙序列,进行含沙量月序列过程线对比以及年序列相关回归分析、因果关系检验研究．结果表明:同位于大坝下游的两站虽均受已建水库调节流量的影响,但两站的来沙响应趋势不一致,年序列线性回归拟合程度不高;时间序列Granger因果关系分析也表明了,两站泥沙除了上游的允景洪最大悬移质泥沙含量变化是下游清盛最大悬移质泥沙含量变化的原因以外,年平均、年月平均最小泥沙过程无明显因果关系．这些方面的发现,对进一步研究澜沧江电站建设对下游泥沙变化以及跨境影响的科学评价提供了新的证据．     

水流泥沙进入浅水层初期的河槽形态演替规律

采用非均匀沙进行水槽概化试验,在恒定的来水来沙、河床比降和出口侵蚀基准面不变的条件下,研究水流泥沙进入浅水层初期的河槽形态演替变化规律.研究表明,河槽形态的演替规律经历3个阶段变化:第一阶段,顺直河槽和分汊河槽交替出现;第二阶段,随支汊河槽分流能力逐渐减小并消亡,分汊河槽逐渐向微弯状河槽演替;第三阶段,微弯河槽不断地在堆积体表面摆动,随其凹岸不断冲刷后退致使曲折系数变大,逐渐向蜿蜒状河槽演替.经分析,第二阶段和第三阶段的河槽形态呈现明显的正弦曲线特征:上段河槽处在正弦曲线进水口处,中、下段河槽的弯道段位于正弦曲线的波峰和波谷位置;随历时增加,正弦拟合曲线的振幅和方向角逐渐变大,河槽的弯曲系数逐渐趋于稳定.最后从泥沙运动和边界条件两个角度对河槽形态演替变化的形成条件进行了分析.     

泥沙运动统计理论

作者采用概率论与力学相结合的方法,经过多年的研究,得出了一整套泥沙运动的统计理论,概括了泥沙运动的许多方面,可用以阐述和解决一系列问题。本文将就单颗泥沙运动力学及统计规律、输沙率的随机模型及统计规律,以及推移质扩散的随机模型及统计规律三个方面扼要地叙述所得到的主要成果,并简介其在实际泥沙输移方面的应用。     

潮滩生物-物理互馈机制与系统稳态效应研究进展

潮滩是海岸湿地系统的重要组成部分,在维持海岸生态系统健康、抵御海岸自然灾害、蓝碳固存等方面发挥着重要作用.潮滩为多种生物提供适宜生长环境的同时,不同类型生物也通过改变水、沙过程影响潮滩地貌演化与系统稳态.本文归纳了盐沼植被、底栖微藻对潮滩水动力、泥沙运动过程的生物-物理效应,提出了描述潮滩生物与泥沙在时间、空间尺度上反馈过程的概化动力学模型,分析了生物-物理互馈时间累积驱动下潮滩系统双稳态及稳态突变理论特性,总结了潮滩生物与周围物理条件空间自组织作用下的地貌形态形成机制,探讨了潮滩系统层面的连续性现场观测、生物种间作用对生物-物理互馈过程的调节,以及外界扰动下潮滩生物地貌系统稳态突变阈值定量模拟等方面仍面临的科学问题.     

福建泉州湾盐沼对台风“格美”的沉积动力响应

为了探讨海岸盐沼在台风条件下的海岸防护机制, 利用小型压力传感器、电磁式流速仪、Seapoint浊度计观测了互花米草盐沼、光滩在2006年“格美”台风登陆前后的水位、流速、流向、悬沙浓度等沉积动力参数. 结果显示: 互花米草盐沼内底层流速一般小于5 cm·s^-1, 明显低于光滩(5~35 cm·s^-1); 互花米草盐沼内底层流速大小对台风的响应不显著, 但其流向随台风作用强度的不同而出现较大差异; 台风过境对附近海域悬沙浓度的影响非常显著, 悬沙浓度达到正常天气情况下的13~19倍, 台风影响后期互花米草盐沼底层悬沙浓度高于光滩. 计算结果表明, 台风期间互花米草盐沼和光滩底层悬沙输运量是平常天气情况下的4倍左右; 落潮期间, 光滩底部切应力在大部分时间大于临界切应力, 滩面发生侵蚀, 台风登陆后的侵蚀通量为正常天气情况下的2~3倍不等, 而互花米草盐沼底层切应力一般小于临界侵蚀切应力, 符合悬沙沉降条件的时间段也比较长, 整个滩面很少发生侵蚀, 以沉降为主, 台风显著影响期间的悬沙沉降通量是正常天气情况下的3~6倍, 落潮期间的沉降通量是涨潮期间的1~2倍. 根据台风期间互花米草盐沼和光滩的沉积动力过程的对比, 前者有利于悬沙的堆积, 而光滩的沉积动力过程则使滩面发生侵蚀.     

福建泉州湾盐沼对台风“格美”的沉积动力响应

为了探讨海岸盐沼在台风条件下的海岸防护机制,利用小型压力传感器、电磁式流速仪、Seapoint浊度计观测了互花米草盐沼、光滩在2006年"格美"台风登陆前后的水位、流速、流向、悬沙浓度等沉积动力参数.结果显示:互花米草盐沼内底层流速一般小于5cm·s-1,明显低于光滩(5～35cm·s-1);互花米草盐沼内底层流速大小对台风的响应不显著,但其流向随台风作用强度的不同而出现较大差异;台风过境对附近海域悬沙浓度的影响非常显著,悬沙浓度达到正常天气情况下的13～19倍,台风影响后期互花米草盐沼底层悬沙浓度高于光滩.计算结果表明,台风期间互花米草盐沼和光滩底层悬沙输运量是平常天气情况下的4倍左右;落潮期间,光滩底部切应力在大部分时间大于临界切应力,滩面发生侵蚀,台风登陆后的侵蚀通量为正常天气情况下的2～3倍不等,而互花米草盐沼底层切应力一般小于临界侵蚀切应力,符合悬沙沉降条件的时间段也比较长,整个滩面很少发生侵蚀,以沉降为主,台风显著影响期间的悬沙沉降通量是正常天气情况下的3～6倍,落潮期间的沉降通量是涨潮期间的1～2倍.根据台风期间互花米草盐沼和光滩的沉积动力过程的对比,前者有利于悬沙的堆积,而光滩的沉积动力过程则...     

浅谈雷暴天气变化特征与注意事项

雷暴是一种重要的天气现象,也是一种灾害性天气。文章分别阐述了热雷暴、锋雷暴、地形雷暴的形成条件;雷暴来临时气象要素气温、气压、湿度、风、降水、的变化特征;雷暴观测和记录注意事项,以及其他注意事项。     

运用泥沙分析研究河流金属污染

由中国水利学会和国际水文计划中国国家委员会联合召开的第二次河流泥沙国际学术讨论会于1983年10月11日～16日在南京召开。会议有20多个国家60多位学者参加,国内有90多位泥沙专业工作者出席。在会上提交的论文有100余篇。主要包括五个方面的内容:1.冲积河流水力学;2.泥沙运动;3.河床演变;4.河道整治;5.河流模型试验及原型观测技术。河流泥沙问题的重要性毋庸置说。它造成水土流失,河流泛滥、改道,水库汙积,对国民经济与人民的生产、生活影响极大。是目前各国关心和研究的大课题。为此,本刊编辑参加了这次会议,现从中摘选5篇以供读者参考。     

黄河下游河道演变和黄土高原侵蚀的关系

由中国水利学会和国际水文计划中国国家委员会联合召开的第二次河流泥沙国际学术讨论会于1983年10月11日～16日在南京召开。会议有20多个国家60多位学者参加,国内有90多位泥沙专业工作者出席。在会上提交的论文有100余篇。主要包括五个方面的内容:1.冲积河流水力学;2.泥沙运动;3.河床演变;4.河道整治;5.河流模型试验及原型观测技术。河流泥沙问题的重要性毋庸置说。它造成水土流失,河流泛滥、改道,水库汙积,对国民经济与人民的生产、生活影响极大。是目前各国关心和研究的大课题。为此,本刊编辑参加了这次会议,现从中摘选5篇以供读者参考。     

格子玻尔兹曼方法模拟大气边界层中的阵风结构

东亚北方冬春季常会出现寒潮冷锋天气,冷锋过后有明显的下沉气流,且伴随强阵风.观测数据分析表明,阵风结构具有相干性,是春季沙尘暴能够被输送到边界层上部,从而远距离传输的重要条件.格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)是一种基于Boltzmann分子输运方程的数值流体计算技术,自从出现以来,由于其在微观水平描述运动的特点,一直被用来研究湍流等复杂运动,本文在格子玻尔兹曼方法中引入大涡模式,使其能够应用到大气边界层湍流场,模拟阵风的产生及发展,得到了具有波动和涡旋相结合的相干结构,从而解释了阵风相干结构起沙扬尘的机理.     

中国江河的整治问题

由中国水利学会和国际水文计划中国国家委员会联合召开的第二次河流泥沙国际学术讨论会于1983年10月11日～16日在南京召开。会议有20多个国家60多位学者参加,国内有90多位泥沙专业工作者出席。在会上提交的论文有100余篇。主要包括五个方面的内容:1.冲积河流水力学;2.泥沙运动;3.河床演变;4.河道整治;5.河流模型试验及原型观测技术。河流泥沙问题的重要性毋庸置说。它造成水土流失,河流泛滥、改道,水库汙积,对国民经济与人民的生产、生活影响极大。是目前各国关心和研究的大课题。为此,本刊编辑参加了这次会议,现从中摘选5篇以供读者参考。     

云南水电站工程中的泥沙问题

由中国水利学会和国际水文计划中国国家委员会联合召开的第二次河流泥沙国际学术讨论会于1983年10月11日～16日在南京召开。会议有20多个国家60多位学者参加,国内有90多位泥沙专业工作者出席。在会上提交的论文有100余篇。主要包括五个方面的内容:1.冲积河流水力学;2.泥沙运动;3.河床演变;4.河道整治;5.河流模型试验及原型观测技术。河流泥沙问题的重要性毋庸置说。它造成水土流失,河流泛滥、改道,水库汙积,对国民经济与人民的生产、生活影响极大。是目前各国关心和研究的大课题。为此,本刊编辑参加了这次会议,现从中摘选5篇以供读者参考。     

长江河床演变和泥沙观测

由中国水利学会和国际水文计划中国国家委员会联合召开的第二次河流泥沙国际学术讨论会于1983年10月11日～16日在南京召开。会议有20多个国家60多位学者参加,国内有90多位泥沙专业工作者出席。在会上提交的论文有100余篇。主要包括五个方面的内容:1.冲积河流水力学;2.泥沙运动;3.河床演变;4.河道整治;5.河流模型试验及原型观测技术。河流泥沙问题的重要性毋庸置说。它造成水土流失,河流泛滥、改道,水库汙积,对国民经济与人民的生产、生活影响极大。是目前各国关心和研究的大课题。为此,本刊编辑参加了这次会议,现从中摘选5篇以供读者参考。     

来水来沙对潼关高程的影响及变化规律

研究了来水来沙变化对潼关高程的影响和变化规律. 结果发现, 潼关高程的升降取决于库区水流能量的大小, 汛末潼关高程与考虑前期水流和运用条件的线性叠加水流能量之间具有较好的相关关系. 在入库水量变化小、坝前水位变化大时, 水位对库区冲淤和潼关高程变化起主要作用; 相反, 如果坝前水位变化不大, 而来水量变幅较大, 则潼关高程变化和库区的泥沙冲淤主要受入库水沙条件的影响.     

气候变化与人类活动驱动下的元江-红河流域泥沙变化

以元江蛮耗水文站1960~2000年泥沙变化为线索,结合与其相关的区域气候变化和社会经济统计资料,采用同步资料对比、传统相关分析、线性回归拟合与Granger因果关系检验等方法,深入探究了元江-红河40年来的泥沙变化及其驱动因素.主要结论:(1)元江蛮耗水文站1960s以来,断面年悬移质泥沙含量及其输沙量逐年递增,总的趋势是1960s和1970s较为平稳、1980s剧增、1990s下降,其中1960s,1970s,1980s和1990s不同时段内的泥沙含量与悬移质输沙量分别为1.87,2.49,3.12和3.63kg/m3以及28.7×106,40.3×106,44.1×106和60.3×106t/a;(2)相关分析与Granger因果检验证明,1960s与1990s的区域气候变化是河道泥沙变化的主要原因,而1970s与1980s流域内的人类活动对河道泥沙变化的解释意义明显于气候变化;(3)对比研究时段内的泥沙与流域内的森林覆盖率变化趋势,发现流域森林覆盖率和含沙量呈反比的关系,结合流域社会经济发展历程,进一步证实了各年代流域泥沙变化与区域气候变化和人类活动的影响密切相关.     

太湖沉积物再悬浮观测

为了揭示大型浅水湖泊沉积物的再悬浮强度, 利用高精度分层同步采样技术, 进行了太湖的悬浮物垂向分布的原位观测. 结果表明, 在无风浪状态下, 用表层悬浮物浓度计算整个水柱的悬浮物总量时, 其结果常常为实际值的80% ~ 85%; 而在风浪状态, 底层水体悬浮物浓度与表层有数量级的差异, 用表层悬浮物浓度计算整个水柱的悬浮物总量时, 误差更大, 其结果多为实际值的50%. 一般条件下, 风浪扰动沉积物再悬浮的厚度较小, 为毫米量级.     

风浪扰动引起大型浅水湖泊内源磷暴发性释放的直接证据

在太湖水温最低的一周, 野外观测了太湖大风浪过程和静风期间水体悬浮物(SS)、总磷(TP)、总溶解性磷(DTP)、反应性活性磷(SRP)的含量及悬浮物中有机质(LOI)和藻类可利用磷(AAP)的含量变化. 所观测的2004年1月23, 24, 26和30日的风速分别为8, 12, 0和0 m/s. 结果表明, 23日8 m/s的风速持续1 h以后, 水体SS平均含量达258mg/L, 24日大风浪持续一天后并且风速增至12m/s时, 水体SS含量也增至507mg/L, 当风速减弱到2m/s以下持续半天后, 26日水体SS含量降至51mg/L, 而继续保持静风5天后, 30日水体SS含量又降至21mg/L. 说明8m/s以上的风速可以引起太湖沉积物的大量悬浮, 且悬浮量随风力的增加而增加. 伴随着底泥的大量悬浮, 大风浪期间的23和24日水体TP, DTP和SRP含量分别达0.210, 0.048, 0.035, 0.299, 0.054及0.026 mg/L, 而静风期的30日则分别为0.076, 0.045和0.017 mg/L, 说明风浪扰动引起的底泥悬浮也引起了内源磷的暴发性释放. 风浪引起的水体SRP含量变化可达100%. 另外, 23, 24和26日水体悬浮物中的AAP含量分别为132, 97和226 mg/kg. 大风浪也带入水体大量的AAP. 据此观测结果估算, 一次风浪过程可以增加水体987t的TP和80t的SRP以及167t的AAP. 太湖地区每年出现风速大于8 m/s且保持1 h以上的天数多达125天, 如此高的大风浪扰动频率, 势必使得水动力扰动成为太湖水体内源磷释放的主要方式, 对水体蓝藻水华暴发前营养盐的供给产生重要作用.     

2005年黄河调水调沙期间河口入海主流的快速摆动

河口入海主流是河流泥沙入海的关键传输通道. 2005年6~7月黄河调水调沙期间, 在黄河口进行了3次沉积动力过程现场观测, 结果表明河口入海主流在20余天内产生了较大幅度的快速摆动, 在相应时段的卫星遥感图像上也得到良好的印证. 河口入海主流的快速摆动是径流与河口地形相互作用的结果. 调水调沙期间大量泥沙快速入海, 在拦门沙区域沉积形成拦门沙群, 这是导致河口入海主流快速摆动的主要原因.