黄河下游水沙调控对河道滩槽冲淤影响试验研究

针对黄河"82.8"洪水,运用模型试验手段研究在自然漫滩和控制漫滩条件下的黄河下游淤滩刷槽效果。通过对试验过程中实测的水位、流速、含沙量、泥沙粒径等多种水力泥沙要素及冲淤量进行分析,得出多种水力要素与主槽和滩区冲淤量的影响规律的关系式,并利用已有的实测数据对冲淤关系式进行验证。研究结论可指导不同来水来沙条件下,通过控制滩区来实现淤滩刷槽的目的。     

珠江三角洲八塘尾潮汐河段动床模型设计

根据八塘尾碍航浅滩位于潮汐河口段以及河床淤积既有推移质又有悬移质泥沙的特点,模型设计从不稳定流的水流运动方程和连续方程,悬沙和底沙运动方程以及河床变形方程出发,考虑河床泥沙的起动,沉降和含沙量的相似条件,导出了潮汐河口悬沙和底沙冲淤模型试验相似律。试验中,潮汐放水过程按冲淤时间比尺控制,单潮周期按水流时间比尺控制,以保证水流运动相似。验证试验表明,模型设计、模型沙选择及时间比尺处理是合理的。     

崇明东滩鸟类栖息地优化工程区海堤水闸外侧引水渠冲淤数值模拟

在河口水动力模式的基础上,耦合泥沙模块和底部冲淤方程,建立了崇明东滩鸟类保护区海堤外侧引水渠冲淤三维数值模式.模式上游闸门水通量由堰流公式计算,内侧水位由随塘河水动力模式计算,模式下游水位、盐度、泥沙浓度由长江河口大区域数值模式计算.利用2018年7月28—30日优化工程区水闸开闸冲淤前后实测引水渠底部高程进行验证,模式计算的高程与实测值吻合良好,表明模式能较好地模拟引水渠冲淤变化.冲淤计算结果表明,闸下引水渠在自然状态下,涵闸关闭60 d后基本淤平,闸口淤积量最大,淤积程度自闸口向外海逐渐减小.引水渠自然淤积2个月后,随塘河蓄水至3.0 m开闸放水,引水渠平均冲淤量为96 mm;随塘河蓄水至3.8 m开闸放水,引水渠平均冲淤量为133 mm;纳潮冲淤一天,引水渠平均冲淤量为625 mm.纳潮冲淤是最为有效的冲淤方式.研究成果可为崇明东滩国家级自然保护区生态修复工程区的保护与管理、引水渠冲淤方案提供科技指导.     

河流网泥沙输移过程的瞬态特点

根据水流携沙力及其与河道冲淤态之间的反馈自调节机制,提出了一个枯水期河流网上的泥沙输移模型.利用该模型进行的模拟研究表明,流量改变所引起的水流携沙力同河道冲淤量的变化几乎是相反的.这实际预示着泥沙输移动力学的一种自组织特征:依据河道冲淤情况,水流携沙力所作出的自我调节将趋向于抑制河道大量冲刷或大量淤积.泥沙输移动力学过程的瞬态可以区分为对来水来沙条件改变作出快速响应的快瞬态和在稳定水沙条件下的趋向于稳态的缓慢过程,即慢瞬态.由于出流携沙力的变化相对于入流携沙力的调节滞后一个时步,从而对应流量增减时的冲淤量作相反变化.因此,流域降水的涨落对维持河道相对稳定的冲淤状态起重要作用.     

河流网泥沙输移过程的瞬态特点

根据水流携沙力及其与河道冲淤态之间的反馈自调节机制,提出了一个枯水期河流网上的泥沙输移模型.利用该模型进行的模拟研究表明,流量改变所引起的水流携沙力和河道冲淤量的变化几乎是相反的.这实际预示着泥沙输移动力学的一种自组织特征:依据河道冲淤情况,水流携沙力所作出的自我调节将趋向于抑制河道大量冲刷或大量淤积,泥沙输移动力学过程的瞬态可以区分为对来水来沙条件作出快速响应的快瞬态和在稳定水沙条件下的趋向于稳态的通过慢过程即慢瞬态.由于出流携沙力的变化相对于入流携沙力的调节滞后一个时步,从而对应流量增减时的冲淤量作相反变化.因此,流域降水的涨落对维持河道相对稳定的冲淤状态起重要作用.     

近50年伶仃洋滩槽冲淤变化趋势分析

伶仃洋河口湾是珠江口最大的河口复合体,其滩槽演变趋势对珠江三角洲防洪排涝、伶仃洋出海航道的维护、河口整治以及滩涂资源的开发利用等有重大影响.通过选取1953、1964、1974、1989、1998年海图进行对比,分析了伶仃洋近五十年来的滩槽冲淤变化情况,分析结果表明,伶仃洋的淤积是一种必然趋势,无论是水域面积还是容积均在减少,但各个滩槽不同水深的变化是不一样的,表现出"浅滩愈浅、深槽愈深"的特点.文章最后分析了伶仃洋滩槽冲於变化的成因.     

河口闸下水动力与泥沙清淤问题的研究

为优化河口防潮闸下清淤工程方案,提出了以两相流方程描述底沙运动的理论模式,建立了泥质河口二维水流、泥沙数学模型,并优化独流减河口闸下清淤工程方案.对独流减河口闸下大、中、小潮潮位、流速、含沙量过程和海床演变进行了验证,计算分析了现状地形条件下闸下泄流能力,对宽浅型和窄深型两类清淤方案的不同清淤规模的泄流能力进行了计算模拟.讨论了不同清淤规模条件下泄流能力、清淤量、回淤量与回淤率的关系,给出了各工程方案的清淤效率指标.     

上海市岸滩冲淤等级划分及其在风险评估中的应用

海岸滩涂是沿海地区经济发展和生态系统平衡等的重要组成部分,虽一直受到国际学术界的极大关注,但其等级评估研究目前仍处于起步阶段,缺乏统一标准,不利于对岸滩的综合开发和治理．本在综合考虑了目前长江河口区和杭州湾北岸水动力机制、沉积、地貌的基础上,将上海市目前重要的岸滩按冲淤强度分为强淤涨型、弱淤涨型、侵蚀型和稳定型四个等级,并在重点分析海平面上升和人类活动对岸滩冲淤的影响后,预测至2030年上海市岸滩冲淤强度可分为五个等级,即强淤涨型、弱淤涨型、强侵蚀型、弱侵蚀型和稳定型,并进而讨论了这种分级在风险评估中的应用。     

龙穴南航道整治工程对潮流泥沙影响的模拟

建立了覆盖珠江河口河网区与口外海滨区的大范围整体平面二维水沙数学模型,模拟计算了珠江河口的水沙空间分布特征。利用近期伶仃洋水域实测水文资料进行了验证,验证结果表明模型能够较好地模拟珠江口的潮流泥沙运动。在此基础上,通过局部加密,模拟了龙穴南航道整治工程实施前后潮流泥沙运动过程变化,计算并分析了工程实施对周边水域水动力条件的影响和航道沿程的水流条件变化以及航槽泥沙回淤状况等。研究结果表明:龙穴南水道内,潮流为西北-东南方向往复流;整治工程后,上段流速略有增大,下段流速略有减小,但总体流速变化较小。泥沙回淤预测结果显示,出海口以上航道有冲有淤,以淤积为主,平均淤积强度为0.12 m/a;出海口航道整体处于淤积状态,平均淤积强度为0.64 m/a。     

浅滩上不均匀流结构的研究

本文首先对河流中的浅滩进行概化,通过水槽试验测出了浅滩上水流的动水压力分布、流速分布和床面剪应力沿程变化.在此基础上根据水动力学基本原理进行了理论分析,应用恒定二元流的基本微分方程式,导出了浅滩上剪应力沿水深分布,水面比降沿程变化和混合长度及紊动交换系数的沿水深分布.最后,对收缩水流与均匀流结构的差异,收缩角及水深的影响等进行了讨论,并对浅滩洪淤枯冲规律进行了解释.     

两种布置方式下的四面六边透水框架周边流场的PIV试验研究

四面六边透水框架是一种新型的防冲促淤结构,一般是由6根相同的杆件相互搭接而成的透空正四面体.采用平面二维粒子图像测速仪(PIV)对四面六边透水框架"迎流布置"和"背流布置"两种典型布置方式下的框架周边流场分别进行了测量,采用240个瞬时流场计算得到了水流时均和紊动流场特性,并与无框架作用下的流场进行了对比.结果表明,框架的存在对水流产生了较大干扰,水流结构发生明显改变;通过分析典型截面上框架后方的流速、紊动强度、雷诺应力及总切应力垂向分布和减速率,揭示了透水框架的防冲促淤机理,并对比了两种布置形式的减速效果,认为背流布置比迎流布置减速效果更好.     

城市防洪与环境综合治理--龙王庙堤防整治工程河工模型试验研究

武汉市龙王庙堤防是著名的历史险工段。为了验证整治方案的可行性及其效果，以及方案实施前后汉江河口段河势、流速、流态、水位、通航条件及河床冲淤变化等，为工程设计决策提供可靠的科学依据，而进行了河工模型试验研究工作。     

双台子河口地区海陆分界线研究

河口地区通常蕴含着丰富的滩涂资源和便利的通航条件,土地、水利、海洋等部门高度关注,但由于该地区受到地形、地貌、水流动力以及生态环境等社会经济因素影响,导致不同河口地区海岸线的确定方法成为一直没有完全解决的难题。依据中水东北公司科研院承担的“辽河口综合整治规划（第二阶段）”课题,以双台子河口为研究对象,通过长江口、黄河口等4个海岸线的比较分析,提取了几何形态、盐度、地貌、径流潮流作用等确定河口地区海陆分界线的核心要素,并以此为基础,结合双台子河口地区的实测数据,确立了双台子河口的海陆分界线为（北纬40°52′43．37″,东经121°45′40．90″）和（北纬40°52′8．57″,东经121°49′32．26″）两点的连线。基于上述研究结果,为土地、水利、海洋等部门提出了河口地区海陆分界线划分建议。     

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。     

顺直河型与分汊河型交界段洲滩演变及其对航道条件影响——以长江天兴洲河段为例

借助于天兴洲河段较为系统的年内与年际水沙输移、河床变形等方面原型观测资料,分析了顺直和分汊两种河型交界位置的洲滩和浅滩动态特征.近20年来洲滩形态比较表明,上游顺直河道内汉口边滩上低矮成型淤积体具有以5-6年为周期缓慢下移和突然上提的特性,从而导致汊道进口低滩冲淤具有周期性;近5年来断面流速、含沙量和床沙组成资料的统计表明,汊道进口主流位置在汛枯期左右摆动、漫滩横流强度不断转换,洲头低滩的冲淤强度与年际之间来流条件具有相关性.以上两种因素迭加作用之下,汊道进口的低滩形态不仅随年际之间来水来沙变化而波动,还会因上游顺直河段内成型淤积体上提下移的影响而周期性地淤长萎缩.这种复杂的动态调整特点,使航道条件以若干年为周期,交替呈现出优劣转换.在此结论基础上,可以推测三峡水库蓄水后水沙条件下,该类型汊道进口的航道条件可能趋于恶化.     

山区河流平面二维水沙数学模型研究

根据泥沙交换原理，建立了河道非均匀沙悬移质水流挟沙力及推移质输沙率的计算模式，将非均匀沙推移质与床沙的交换形式概化为单向淤积、单向冲刷及淤粗冲细3种基本形式，并建立了每种交换形式下的非均匀沙推移质有效输沙率的计算公式．针对天然河道边界复杂及天然河道长宽尺寸一般相差悬殊的特点，本文采用正交贴体网格．在此基础上建立了正交曲线贴体坐标系下的平面二维全沙数学模型．采用有限体积法对拟合坐标系下的水沙基本控制方程进行了离散，在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法．在北盘江坝油滩河道中对水位、水流流速以及河床冲淤等进行了验证计算及分析．数值实验表明，该模型能正确地模拟山区河流复杂的水流以及河床的冲刷、淤积过程。     

狭长小型河口冲淤特征与演变机制

基于Mike21软件建立狭长小型河口——风河河口的二维潮流、波浪和泥沙输运数学模型,并运用验证合理的模型研究风河河口及其邻近海域的水沙动力特征,探讨50年一遇风暴浪作用下狭长小型河口冲淤演变的响应特征.结果表明,纯潮流作用下,河道总体呈现"上淤下冲"的演变态势,潮不对称输沙是风河河口地貌演变的主要原因;河口冲淤在正常天气下受潮流控制,在极端天气下受风暴浪控制;常浪与潮流耦合作用下,河道内冲淤分布与纯潮流相似;50年一遇波浪耦合潮流作用下掀沙能力显著增强,其中SE向和E向波浪影响最大,近岸海域主要呈冲刷态势,河口河道呈淤积态势,并且淤积厚度比纯潮流作用下高一个量级.     

上海市南汇南滩近期演变特征分析

作者利用经验正交函数(EOF)方法分析了上海市南汇南滩近期冲淤特征，表现为随着时间的推移在空间上纵向与横向的两种波动.纵向上,南汇南滩的冲淤波动以类似行进波的形式向西传播,速率约为820m/a,波动幅度沿程递减,横向上,以水下斜波和海床的衔拉部位为节点,整个剖面以类似驻波的形式上下振动,节点上下出现相反的冲淤趋势,即上冲下淤或上淤下冲.水下斜波带冲淤幅度最大,滩地和海床相对要小.     

黄河下游防洪减淤对洪水水沙搭配的要求

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况，分析了下游河道淤积严重的水沙搭配情况；利用1960～1999年422场洪水资料建立了黄河下游4个河段洪水排沙比综合水沙与边界系数的关系，该系数包括流量、含沙量、洪峰流量变幅、洪水沿程衰减系数、洪水历时、早滩流量、前期累积淤特别是等因素；利用4个河段的冲淤临界条件勾画出了4个河段洪水冲淤调整与来水来沙搭配之间的关系；被关系可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。     

三峡建库后下荆江连续急弯河段冲淤时空分布及其影响因素

利用熊家洲-城陵矶河段2002～2018年5个年份的实测地形、监利站水沙数据分4个时段研究了下荆江连续急弯河段整体冲淤特征、弯道段与顺直过渡段等不同区域冲淤变化时空差异及其影响因素.结果表明：三峡建库后熊家洲-城陵矶河段年均冲刷厚度0.1m/a, 2002～2006年为滩冲槽淤,2006～2013年为滩淤槽冲,2013年以来为滩槽均冲.从空间变化看,八姓洲西侧顺直过渡段冲刷最大,为0.21m/a.顺直过渡段年均冲刷厚度大于弯道段,且弯道段及顺直过渡段冲刷强度均沿程减弱.来沙量减小和年内流量过程变化是冲淤时间差异的主因,流量过程变化的作用在2013年后增强.河道初始滩槽格局是冲淤空间差异性的关键因素,八姓洲西侧顺直过渡段较长且断面宽深比较大为深泓线摆动提供了较充足空间,而七弓岭、观音洲等弯道和江湖汇流区出口段深槽的长期稳定存在有助于归顺上游河段主流变化.研究成果将加深对冲刷条件下天然连续急弯河道演变规律的认识,为下荆江尾闾段河势控制以及保障防洪、通航安全提供科学依据.