河流系统能量耗散理论的探索

基于河流熵概念,探讨了冲积河流系统自我调节机制及河流能量分配耗散特点,。     

山区河流河床结构对推移质输沙率的影响

河床结构是山区河流河床在洪水过程中达到较强阻力及较高河床稳定性时床面大颗粒的组合,对山区河流的推移质输沙起重要影响．引入河床结构强度S对山区河流河床结构进行定量化研究,使用河床结构测量设备对河床强度进行测量,采用类似于坑测法的子母双槽进行推移质输沙率实测,对云南小江流域的15条主要支流河床结构及推移质输沙进行野外实测,发现推移质输沙强度至少受单宽水流能量与河床结构发育程度共同影响,在同等级水流能量条件下,河床结构的发育程度越高的河流（或河段）其推移质输沙强度越小,河床强度值越小的河流（或河段）推移质输沙强度越大．单宽水流能量小于50kg／（m·S）、河床结构强度大于0.35时,推移质输沙率接近零．     

河床演变的最小阻力趋向

本文通过一个简单的实验证明无论是冲积性河流还是游荡性河流,都遵循"最小阻力趋向"法则运动,揭示了实际河床演变并不是按照"最小能耗率"来发展.只有通过系统的物理实验进行深入研究,才能揭示河床演变甚至水流运动的真正本质.     

上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律

为研究冲积河流河床形态对水沙条件的响应调整规律,基于河床演变的滞后响应原理,对上荆江沙市河段河床横断面形态的调整过程进行研究。运用Morlet小波方法分析了沙市河段1956—2011年水沙序列的多时间尺度规律,采用滑动平均法拟合了流量、含沙量与断面面积的单一幂指数函数关系。结果表明,上荆江沙市河段河床横断面形态对水沙条件的响应存在滞后性,其河床形态的调整受到包括当前时段在内的前期水沙条件的共同影响。建立了水沙序列分时段的断面面积计算模型,模拟结果显示,河床横断面面积的变化情况与实际情况较接近,断面面积计算值与实测值的相关系数R~2=0.85,模拟精度较好,分时段计算模型可以较好地模拟上荆江沙市河段河床横断面形态的调整规律。     

航道整治线宽度计算研究——以汉江下游河道为例

在总结现有整治线宽度计算研究成果的基础上,根据汉江来水来沙条件和整治河床演变特点,基于河流输沙平衡及能量耗散原理,建立了适应于汉江下游悬移质造床为主河段的整治线宽度新的计算方法,该方法应用于汉江下游航道整治工程中,航行条件获得了显著改善.该研究成果为未来航道整治工程规划设计提供了重要参考.     

污染河流 用于现场评价和修复的地貌学-地化学方法

河流污染是一个受全球关注的普遍问题。某些受污染河段可以覆盖河道河床和相邻河谷平原的几十公里，其修复正日益受到重视。河流修复后的评估结果表明：亟待将对河流流域地貌和地面过程的了解整合到现场特征描述、评价和修复策略中。     

基于河流分段的秦淮河健康评价

河流里程较长时,流经区域的生态环境、经济社会属性往往会有较大变化,直接对河流整体进行评价往往不能准确把握河流健康状况.针对这一问题,以秦淮河为研究对象,提出城市一天然河段河流分段评价指标体系,对城市河段和天然河段分别建立了包含水生境、自然生态系统、水管护和社会服务功能4个准则层各12个指标的评价体系.采用分段加权法,根...     

水文区位指数初探

在分析了地表河流系统的自然功能及其生命体征的基础上,提出了水文区位指数及其计算方法.整个系统中各个自然节点间势能向动能的转换为基础的流动性就是其生命体征的核心指标.水文区位就是河流系统的自然节点以及人为节点在河流系统中的位置.水文区位指数是人为节点加入某河段前后河流流动性变化程度的量化指标,可用该河段动能之比来计算.作为评判河流系统生命体征的主要量化指标,该指数可用于有效地修复并维系河流系统的自然功能.为维系河流系统的生命和流域可持续发展,建议借鉴都江堰两千余年川流不息的经验,将0.4定为河流系统各河段的水文区位指数的参考下限.为实现流域内社会经济与自然水文循环的同步可持续发展,作者探讨了基于水位区位指数的可调控水资源开发利用模式和城市发展模型.     

冲积河流的极限流速

为了说明天然冲积河流存在极限流速,整理了长江、松花江等20条冲积河流上25个水文站的日均流量、日均水位、实测大断面、日均含沙量等水文资料,利用水流连续性方程,由日均流量和过水断面面积求出断面平均流速。结果表明,天然冲积河流断面平均流速随着流量的增加而增大,达到一定流量后,断面平均流速趋近于一个极限流速。天然冲积河流流量较大时通过增加过流断面面积使得流速始终低于极限流速。人类活动会影响冲积河流的极限流速。     

用有限元法求解河流平面二维冲淤问题

本文建立了一种用有限元法模拟自然河流平面变形的数学模型.模型考虑了二维水流挟沙力,并提出了一种处理固壁不可入边界条件的方法.用长江中游界牌河段的实测资料进行了验证计算,结果表明,水位、流速分布、含沙量分布及河床冲淤变化的符合程度均令人满意.     

论河流功能

 针对河流功能认知不深入的问题,从系统论观点出发,对河流功能本质进行了探讨,服务于河流功能的可持续利用,以期推动河流功能理论发展。研究表明,河流功能是河流系统与其环境相互作用过程中表现出的能力和效用,是河流系统发挥的有利作用,由河流系统结构决定,通过河流系统中的物质流、能量流和信息流实现,通过对自身及外部环境需求的满足表现,通过采取局部利益服从整体利益和低层次需求优先原则权衡对河流的需求实现河流功能和谐。     

河西黑河流域水文研究的若干进展

黑河流域历来是科学工作者研究寒区、旱区水文、水资源的典型区域．通过对它的研究，人们可以深入了解西北寒区、旱区冰川、积雪、冻土、高寒山区、山前地带和下游径流散失区的水文、水资源状况，进而为地区经济可持续发展提供及时的决策依据．20世纪80年代末以来，在用卫星监测祁连山积雪、冻土水文功能、黑河上游融雪径流预报等方面取得了多项研究成果．近几年来，黑河流域水文水资源研究在出山径流模拟与预测、地下水动态监测、水资源与生态环境的关系以及水资源合理开发利用等方面获得了长足的发展．展望未来，在黑河流域的研究将发展到以水循环为核心的，包括大气圈、生物圈、水圈和岩石圈各圈层在时空尺度上物质和能量相互转换的系统研究阶段，高新技术手段在实地观测和遥感、遥测中的应用将起到重要推动作用．     

河流动力学在河流泥沙研究中的应用分析

河流动力学是研究河流运动客观规律的新兴学科。包括泥沙运动、河床演变、河床变形等几方面的内容,本文通过河流动力学对河流泥沙的定性分析,揭示了其相互渗透、相互联系、不可分割的关系。     

汉江流域河网分级特征研究

为深入了解汉江流域河网结构特征, 在提取高精度数字河网的基础上, 结合地表水频率地图和河宽遥感数据集, 研究河网几何结构和拓扑结构的自相似性, 同时统计分析河网的河宽分级规律。结果表明, 河网中1~6级的分支比、河长比、面积比和侧枝比等结构参数稳定在较窄的数值范围内, 证明1~6级河网具有良好的几何拓扑结构自相似性。在河网自相似级别范围内, 河流级别与河宽平均值呈现近似指数分布, 1~6级的河宽比数值稳定, 平均值为1.87, 说明Horton定律适用于河宽分级。通过对比沟河识别前后的河网参数发现, 河长、河宽和流域面积越小, 河流越容易“干涸”, 并导致低级别河流偏离河网结构的自相似性。     

河流功能区划理论与实例

 河流功能区划是规范和引导河流开发与保护的基础。在对河流功能分类论述的基础上,阐述了河流功能区划的内涵、区划原则,构建了河流功能二级区划体系,划分了4类1级区(保护区、保留区、开发利用区和缓冲区)和11类二级区(饮用水源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、水电利用区、内陆航运区、防洪控制区、文化景观娱乐用水区、排污控制区、生态修复区、过渡区),并给出了河流功能区划指标和区划方法。以黄河干流为例,进行了河流功能一级区划的尝试,将黄河干流划分为21个一级功能区,包括3个保护区,2个保留区,5个缓冲区,11个开发利用区。结果表明,提出的河流功能区划体系和方法合理可行,能规范、引导河流开发与保护,为河流分区管理提供新的管理工具。     

浅覆土盾构穿越潮汐河流地层变形规律

当前中国城市轨道交通发展迅速,地铁开挖下穿越潮汐河流面临诸多风险。为研究浅覆土盾构穿越潮汐河流的地层变形规律,以青岛地铁四号线盾构法穿越某浅覆土潮汐河流为依托,重点考虑河流的潮汐变化,结合工程中采用的注浆压力、工作面压力等施工参数,运用数值模拟的手段建立了更加符合实际情况的起伏地层,进而对地层变形规律开展研究。研究发现河底地层变形与河道水位深度呈正相关;涨潮和退潮时的地层横向沉降曲线形状存在差异且最大沉降量相差达50%;隧道掘进在时间效应上的地表沉降可分为4个阶段,需加强对中期盾构开挖及加固阶段的监测频率。     

受损河流的生态修复

基于人类与河流关系的发展与变化,划分了原始自然、工程控制、污染治理和生态修复等4个阶段,以此为前提来分别审视不同阶段河流系统诸功能与河流健康之间的关系,分析各个阶段河流治理与生态修复的基础。伴随着社会经济的发展和人类对河流系统的粗放式开发利用,许多河流系统都受到了严重损害。受损河流的修复需要对多目标、多层次、多约束条件的复杂系统进行优化,对河流功能及其阈值和受损状况准确把握,在此基础上提出不同阶段河流治理和生态修复的方法和技术。     

平面结合面切向接触阻尼分形模型及其仿真

基于接触分形理论和结合面接触阻尼耗能机理,以及球体与平面接触时的阻尼耗能理论,建立了平面结合面切向接触阻尼的分形模型,通过数值仿真直观揭示了平面结合面切向接触阻尼耗能与结合面法向载荷以及结合面表面粗糙轮廓分形维数之间的非线性关系.仿真结果表明:平面结合面切向接触阻尼的耗能随着结合面法向载荷的增大而减小;当结合面表面粗糙轮廓分形维数小于等于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而增大;当结合面表面粗糙轮廓分形维数大于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而减小.仿真结果验证了模型的有效性.