河流网引水分沙的动力学瞬态模拟

汇流是河网上最基本的自然过程.引流则通常与水利工程相关.汇流和引流都会引起水沙变化,进而影响河道冲淤状态的变化.相较而言,对河道冲淤状态的研究更具现实意义.通过建立基于汇流-引流的河流网泥沙动力学模型,分析了在某一河段引流对其下游河段的影响,探讨了水沙变化与河道的冲淤调整.模型的模拟结果能够定性再现黄河上引流与河道冲淤之间的关系,即"引流增淤".瞬态过程显示了冲淤动力学对分流比的强烈依赖:显示了冲淤动力学对水沙条件的复杂依赖.本研究发现了冲淤量沿程分布的指数标度律,获得了关于河网泥沙输移动力学的一些新理解.     

二维河网系统分形动力学研究

河网系统是一个远离平衡态的、开放的复杂系统。现阶段认为河流的演变机理包括外在宏观形状表现以及内在微观动力学机制,而河流的演变也是二者之间的平衡转化。目前,使用分形理论对河流的特征及河床的演变发展研究已经成为一种重要的手段。鉴于分形理论运用的局限性,特别是算法有宏观形状而无微观机制的弊病,应用线宽和线面积这两个可以直接与河流动力学衔接的概念,推导了可以直接用绘制图形(河流)的线宽计算维数的线维数和线面积计算维数的面维数,实现了维数计算由点到线、面的突破,为河网分形发育程度与河流动力学及最小能耗等理论衔接提供了可能,即为构建河网外在形状和内在动力学的新理论,以及最终实现河流的宏观外在特征和微观内在特征的衔接提供了两种理论途径。     

中国的网状河流体系

网状河流是由低坡降、深且窄、重复分汊合并的多河道系统及大片的泛滥平原所组成的一种特殊的河流类型,研究尚待深入。中国的许多河流发育了网状河段,其中包括黑龙江、松花江和长江等一些大型河流以及许多中、小型河流。按照地理和构造背景的不同可以把它们分为平原地区网状河流、山谷网状河流、入湖三角洲平原网状河流和入海三角洲平原网状河流四大类。这四类网状河流在形成机理、地貌和沉积特征等方面有所不同。研究古代沉积,对于研究油气储集体来说,进一步地了解网状河流,特别是研究平原地区和三角洲平原上的网状河流具有重大的意义。     

平原细沙河流泥沙模型相似准则及设计方法

平原细沙河流的泥沙时而处于推移质运动状态,时而处于悬移质运动状态,悬移质和推移质不断地交换,很难将它们截然分开.针对平原细沙河流泥沙这一运动特点,提出了一种模拟平面细沙河流的相似准则和设计方法.认为平原细沙河流的泥沙模型设计所遵循的相似准则应包括水流运动相似、推移质运动相似和悬移质运动相似.在悬移质运动相似中可以只考虑床沙质运动相似.模型设计方法主要包括:如何合理选择模型河床质和床沙质,如何确定进口断面加沙量和放水时间等.应用提出的模型相似准则及方法设计了某泥沙模型,试验结果被设计采纳.     

强冲积河流过程二维水沙耦合数值模拟

强冲积河流过程泥沙运动非常活跃、河床变形快, 与水流之间存在强烈的相互作用. 传统的基于简化控制方程的非耦合数学模型违背了基本守恒律, 只能近似地适用于弱冲积河流过程. 建立普遍适用于强、弱冲积过程的二维水沙耦合数学模型, 将现有对不可冲刷床面浅水二维流动的、可以捕捉激波和接触性间断的WAF TVD二阶数值方法扩展至可冲刷床面浅水二维水沙运动问题. 应用该耦合模型研究了典型冰湖溃决洪水过程.     

平原河网城区河道生态环境需水量研究

在现有河道生态环境需水理论的基础上,结合平原河网地区城区河道的特点,分析了平原河网地区城区河道生态环境需水量的计算,并以南通漾河水系为例,计算了漾河生态环境需水O量结果表明:( 1 )平原河网地区城区河道生态环境需水主要用于维持河道的基本功能和结构,主要由河道基础水量和自净需水量两个部分组成; (2) 河道的基础水量和河道级别紧密相关;(3) 河流自净需水量与河道的纳污状况和水质目标相关密切.     

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。     

苏州地区河流水环境治理方案探究

平原地区水动力条件微弱,河网自我调节能力差,水环境问题日益突出。治理平原河流水环境问题主要是依靠有效的行政手段以及合理的工程治污技术。本文详细阐述了苏州城市中心区河流水环境的多种治理方案以及发展趋势。     

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。     

河流泥沙的资源化与开发利用

河流挟运泥沙是一种客观自然行为，有水流运动必有泥沙输移。然而，由于人类对流域内自然生态环境和河流本身的干预加重，使进入河流的沙量增多，并使泥沙在某些位置产生累积性的淤积，泥沙在不适当部位的淤积已成为困扰环境、防洪、航运等多方面的严重问题犤１、２、４、６犦。对严重的泥沙问题，以往提出了许多措施以减沙消灾，但在除害的同时对泥沙的利用研究甚少。实际上，泥沙是一种优良的天然资源。泥沙蚀高淤低，曾经造就了河流中下游大片的平原低地，而且至今也在河口等区域缓慢地自然造地。泥沙具有许多优良特性：河流泥沙从上游搬…     

整治工程影响下大清河航道水流泥沙冲淤分析

基于实测资料对大清河航道的水动力及泥沙特征进行了分析,从水流连续性方程,泥沙运动方程出发,建立了水动力泥沙二维数学模型,在此基础上对典型水沙条件下河道内水流、泥沙运动、航道选线及淤积预测进行了模拟研究。重点分析了工程整治后河道内流态、地形变化对航道冲淤的影响,对航道整治工程进行了评价。研究表明,大清河泥沙运动主要受径流携带的泥沙,河道地形影响,航道工程整治后仍保持上冲下淤的态势,水流归槽效应是航道主槽淤积的主要因素。     

基于混合模型的河网输水能力计算

河网水动力数值模拟广泛应用于平原河网的防洪排涝计算,水流主要由支流向主河道汇集.而河网输水则是主河道向支流扩散的非恒定流动,需考虑支流蓄水作用对河网整体输水能力的影响.在平原河网水动力混合模型的基础上提出了一种河网输水能力计算方法.基于数字化河网划分骨干河道和蓄水支流,通过时变侧向出流形式来考虑引水时骨干河道向支流扩散的水量,从而将圣维南方程中的侧向出流项由以往的常数改进为时变流量过程,以提高河网非恒定流数值计算精度.将该方法运用到某引水工程输水计算中,有效地解决了复杂河网跨流域输水时的水量分配问题.     

平原河网地区环境流量计算特征及评价方法研究

以水量丰富但水体污染程度普遍较高的平原河网地区为研究区域,分析平原河网地区环境流量的概念和内涵;探讨不同功能目标下环境流量的计算要素和特征;基于动态权重法提出平原河网地区环境流量的等级设定和评价标准,并利用松浦大桥周围的水文水质数据,对上海环境流量状态进行了初步评价.本研究为实现以河流多元功能为目标的丰水地区环境流量计算和评价提供了一种思路.     

平原区河网水流计算校正模型

为提高平原河网水流计算的精度,针对其中交错相连的复杂河网水流运动以及测点又相对较少的情况,提出以环状河网节点水位三级解法为基础、河段方程系数为载体的平原河网校正模型.将观测位置上的模型系统误差校正信息由测点向河网其他断面传播,修正相邻河道断面的水位、流量预报值.选择长江澄通段河网进行实例分析,选用2004年9月的水文资料进行演算.结果表明,该方法能在一定空间范围内有效地传播误差修正量,对提高河网水流预报精度具有实用意义.     

河流网上泥沙冲淤动力学模型的建立与模拟

基于不同级别支流的汇流建立了枯水期河流网上的泥沙冲淤动力学模型.计算结果显示稳态下泥沙冲淤量在河段上的分布服从指数标度规律.利用黄河枯水期的实测数据与计算结果作对比,证明该模型能够模拟自然河道的冲淤状态,且可以预知一定条件下的稳态.     

柳河流域悬移质泥沙颗粒特征分析

为了探索流域悬移质泥沙变化特征及其与含沙量问的关系，选用柳河流域水文站泥沙观测数据进行分析。结果表明，由于沙源不同，非汛期悬移质泥沙粒径一般大于汛期，在流域上、下游d50随含沙量分别表现出增大和减小的趋势。在泥沙的分选沉降作用下悬移质泥沙粒径一般为上游大于下游。在上游，d50、大于0．05mm沙重百分数随含沙量的增大而减小，后又增大，小于0．01mm沙重百分数情形相反。在下游也可得出类似变化关系，但d50、大于0．05mm和小于0．01mm沙重百分数随含沙量变化的转折点不同。     

黄河三门峡建库前后44年下游河道冲淤变化特征分析

对三门峡建库前后44年下游河道的冲淤变化特征作了全面系统地分析研究。黄河下游河道逐年淤高，原因是来水少、来沙多，超过河床输沙能力所致，下游河床只适应于平均含沙量50kg／m3左右的洪水。本研究可为下游防洪、河道整治以及小浪底水库运用方式提供科学依据。     

美国五大流域减沙效果分析

选择密苏里河上游的Willow、佐治亚州Lloyd Shoals水库、韦科、田纳西河一级支流渡科河、科罗拉多河上游等5条美国长期进行水土流失治理的较大的流域进行减沙效果分析。通过前后长达10—32年的对比,排除降雨和水利工程因素的影响后得出,由于对这些河流上游长时间开展大面积水土保持,其下游河道减沙效果都很显著。     

河床沉积物厚度对河水污染物向地下水扩散影响的模拟分析

以滦河为例,基于FEFLOW建立二维剖面水流模型和硝酸盐运移模型,根据地质、水文地质和实测水位资料调试水文地质参数,校正模型很好地反映研究区情况。利用校正后的模型模拟了不同厚度河床沉积物对硝酸盐的扩散情况,发现了河床沉积物厚度对污染物扩散影响的变化规律,结论对研究污染河水对地下水的影响具有指导性意义。     

黄河下游河道输沙用水量研究

从上游来水来沙状态、下游河道输沙目标、下游河道水流输沙能力和水利枢纽调控调度4个层次分析了黄河下游河道输沙用水效率。根据1950－1997年期间的实测资料，分别讨论了黄河下游不同河段在自然、受控、复杂和异常状态下的输沙用水量。在各种状态下根据河道和输沙特性的差异，分别按照均衡和平衡输沙目标计算了下游河道输沙用水量。在设定输沙目标下，以年内不同时段水流挟沙能力为依据，对比了可能提高输沙用水效率的不同调控方案，例如在汛期或7－8月输送全年泥沙的方案等，以便减少黄河下游输沙用水量并缓解黄河水资源的紧张趋势。这些方案有可能通过水利工程枢纽的调控来实现，为此中给出了不同状态下均衡、平均输沙用水量可调控的阈值。