弯曲河流水流动力稳定性特征研究

弯曲型河流是自然界最为常见的河流形态,其水流特性以及河床泥沙的作用特性,对河流蠕动发展具有重要的影响,是河流动力学中研究的重要课题.弯曲河道中水流流态的转化涉及河床形态和河势单元的发展模式,包括：弯曲河道三维拟序涡与二次环流产生的条件;不同水流条件下拟序涡尺度分级情况;大尺度紊流结构与河湾自适应、互选择性,等等.本文以弯曲河流明渠为背景,首先对其层流转捩到紊流的特性进行研究,与顺直河道相比,其稳定中性曲线前移,失稳临界雷诺数降低,流动失稳过程中,对扰动波数的响应范围加大,层流更容易失稳.这些研究结果是传统流动稳定性理论中所没有的,本文的研究结果也弥补了这方面的不足和空白.     

鄱阳湖及五河尾闾演变特征

自然、气候变化和人类活动引起的江-湖-河关系的变化导致了鄱阳湖湖区及五河尾闾的演变加剧,给鄱阳湖湖区及五河尾闾地区的水文、环境、生态以及社会经济发展等造成了极大的响应性影响.本文对近年来鄱阳湖湖区和五河尾闾演变,鄱阳湖、长江和"五河"的江-湖-河关系尤其是水沙关系的变化及其驱动机制,以及相应的调控对策进行了综述.对江-湖-河关系及调控研究的研究方向提出了展望.     

为长江号脉--兼论1998年全流域大洪水

长江的洪水 据历史记载从公元前185年(汉中平二年)至1911年(清宣统三年)的2096年中,长江共发生大小洪水灾害214次,平均10年一次.近代从1921年至1980年发生较大洪水灾害10余次,平均5～6年一次.长江流域的洪水属暴雨洪水类型,在时空尺度上多为中等历时、区域性大洪水,历史上1227、1860、1870、1905、1935、1981、1983、1991、1995、1996年的大洪水,是属于中游或下游的区域性洪水.另外一种是上游与中下游雨季重叠,形成全流域性的大洪水,历史上的1788、1849、1931、1954、1998年的洪水属此类型.     

黄河下游河道行洪能力对河道萎缩的响应关系

在阐明黄河下游河道淤积萎缩特点的基础上,通过理论推导和野外观测资料分析,探讨了河道淤积萎缩对行洪能力的影响.研究表明,河道行洪能力与河道萎缩具有非线性的响应关系;主河槽床面淤积,造成平滩流量减小,洪水起涨水位抬升;主河槽宽度缩窄,造成洪水水位涨率增大,河道排洪能力降低.     

河流健康的概念及指标体系和评价方法

指出健康河流不但应当具有健康的生态系统,还应具有良好的社会服务功能;与生态河道和景观河道相比,健康河流兼有生态河道和景观河道的有益特征,具有更广泛的适用性;河流健康评价指标应当具备易于理解、便于定性或定量描述、便于监测、便于作为管理目标和拟定相应对策等特点。以此为依据,提出包括流量偏离率、水质综合污染指数、底栖大型无脊椎动物生物完整性指数、河流廊道连通性、河道稳定性、栖息地质量、缓冲带宽度、林草覆盖度、河流美景度和实际防洪能力等指标的河流健康评价指标体系及评价方法。     

黄河下游河道场次洪水排沙比及其不确定性

根据冲积河流输沙率关系所确定的排沙比公式的结构,通过对黄河下游河道场次洪水表观排沙比资料的还原,回归建立了黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水的排沙比公式,得到了排沙比95%预测区间,量化了场次洪水排沙比的不确定性.统计分析表明:(1)黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水的排沙比公式可用进口来沙系数Sin/Qin作为唯一参量,进口来流量Qin不必作为第二参量;(2)回归模型的充分性在Sin/Qin0.003(即排沙比SDR2)和Sin/Qin0.003(即SDR2)时有明显不同,SDR=2和Sin/Qin=0.003可能是区分黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水尺度上不同输沙率关系的一个阈值条件.本文为分析黄河下游河道其它河段的排沙比关系提供了可用方法,并为黄河下游河道汛期输沙需水量的不确定性分析提供了基础.     

鄱阳湖与长江干流水量交换效应及驱动因素分析

针对长江与鄱阳湖复杂的江湖关系,立足于"湖补江"、"湖分洪"等水量交换过程,基于概念解析、方法定义等手段,提出了顶托强度指数、倒灌强度指数及水量交换系数的概念和计算方法,定量表征了长江与鄱阳湖间顶托、倒灌、"湖补江"、"湖分洪"等水量交换相互作用及年内变化过程,并利用了TFPW-MK和MK趋势分析法研究了水量交换年际变化趋势,从流域来水差异、三峡水库调度及湖区水位容积变化角度,探讨了驱动江湖水量交换效应变化的机制及量化影响.研究成果表明:综合影响下鄱阳湖汛期7~9月多年平均顶托强度27.5%,时常发生倒灌现象,平均倒灌强度8.3%,水量交换以"湖分洪"状态为主;枯水期12~4月多年平均顶托强度8.8%,水量交换以"湖补江"状态为主.2003年三峡水库运行调度以来,增加了长江中下游干流12~3月流量,湖口顶托强度增加6.0%;汛期削峰作用降低湖口顶托强度4.8%,倒灌强度减弱2.3%.近20年来鄱阳湖湖区容积变化导致多年平均顶托强度降低0.14%.长江与鄱阳湖流域来水差异是直接驱动江湖关系变化的主因.本文加深了对通江湖泊水量交换机理的认识,研究成果可为鄱阳湖湖泊综合治理提供借鉴.     

二元年径流演化模式及其在无定河流域的应用

由于受人类社会活动影响的不断加强,流域水循环过程变得越来越复杂.探索流域年径流量的演变规律对定量分析变化环境中的水资源状况和预测流域未来水资源的演变规律具有特别重要的意义,因为以年为时间尺度能最好地反映天然和人类活动驱动下的流域水资源变化规律.在水资源的二元演化模式下提出了年径流的天然-人工二元演化理论,并在黄河中游的无定河流域进行了应用.应用实例中着重对无定河流域下垫面动态变化情况下的降水径流关系进行了深入的对比分析,并提出了代表流域水保措施的水保指标面积的概念,利用水保指标面积来反映流域下垫面条件,并建立了反映流域下垫面动态变化的降水径流经验模型.     

松嫩平原洪水资源利用引蓄水方式研究

以松嫩平原为背景,在河流水资源结构分析的基础上,提出了平原地区洪水资源利用蓄水模型。综合考虑需求、可蓄水量以及蓄水时可承受的风险等因素,将洪水利用状况划分为全蓄型和分蓄型。根据蓄水区蓄水前后防洪能力的变化,提出模型应用风险分析标准及其评估方法。并以嫩江下游大赉河段为例,选择代表性水文年进行分析,结果表明：从利用角度,按照生态、农业需水状况引蓄洪水,不仅能够缓解春旱,而且所产生的蓄水风险也可以承受;从防洪角度,能够大幅度削减洪峰流量,所蓄水量能够提高枯水期河道径流量,改善河流水资源结构。     

三峡工程泥沙问题解决途径与运行效果研究

泥沙问题是三峡工程的关键技术问题之一,在三峡工程论证、设计、建设和运行的各个阶段,针对重大的工程泥沙问题进行了系统和持续的研究,提出了相应的解决方案.本文对三峡工程采用的减缓水库泥沙淤积与保持长期有效库容的运用方式、水库变动回水区港口与航道泥沙问题治理措施、枢纽引航道与电站引水防沙布置方案、坝下游河道长距离冲刷预测、河势变化及对航道影响的对策等进行了分析总结.2003年三峡水库蓄水运用以来水库淤积和坝下游河道冲刷情况分析表明:水库泥沙主要淤积在死库容,有效库容损失较少,库区航运条件得到大幅改善;坝下游河道发生长距离冲刷,冲刷强度不断向下游发展,河势总体基本稳定;长江中下游航道经过治理,航道维护水深有了较大提高.三峡工程泥沙问题的解决方案已得到初步检验,泥沙问题及其影响基本未超出论证与初步设计的预测.本文还对今后一段时期需要进一步研究的泥沙问题提出了建议,包括水库优化调度、坝下游河道冲刷、江湖关系变化和长江口演变等.     

黄河下游漫滩洪水造床机理与水沙调控指标研究

本文采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,系统研究了黄河下游漫滩洪水的造床机理与水沙调控指标.结果表明:对于多沙的黄河,漫滩洪水最充分的发挥了水流动力的输沙造床作用,其削峰滞洪与淤滩刷槽的功效十分显著且不可替代.漫滩洪水的造床作用随着洪水漫滩程度的变化而明显不同,可分为三个阶段;漫滩初期,主槽输沙能力降低,淤滩刷槽作用尚未得到充分展现;漫滩中期,滩槽水沙交换充分,淤滩刷槽作用良好;漫滩后期,淤滩刷槽作用趋缓.综合考虑提高河道输水输沙能力与保护滩区防洪安全,提出的黄河下游有利漫滩洪水的水沙调控指标为:洪水漫滩参数1.4γ1.5、来沙系数ρ0.028,即按照目前下游河道主槽平滩流量为4000 m3/s,通过小浪底水库水沙调控,控制下泄洪峰流量5600~6000 m3/s、来沙系数小于0.028的漫滩洪水,对于塑造与维持黄河下游合理规模的输水输沙通道最有利.若控制下游河道不漫滩,通过小浪底水库水沙调控,建议下泄洪峰流量3500~4000 m3/s接近主槽平滩流量的洪水,对于塑造与维持黄河下游合理规模的输水输沙通道较为有利.     

江汉平原湖泊沉积研究进展

主要围绕气候演变规律及早期人类活动、近代人类活动对湖泊演化的影响、江汉平原的洪水记录以及长江的演化过程等展开研究。研究揭示了江汉平原全新世以来的气候序列、早期人类活动出现的时间、近代湖泊富营养化过程及长江贯通的时间等。还根据研究的进展及实际需要,分析了江汉平原未来可能的研究方向。     

黄河下游水资源转化结构及其变化规律

在黄河下游河流生态环境需水量和河流系统功能研究的基础上,结合研究区域的实际情况,针对水资源在河流系统中的不同服务目标,将通过黄河下游各主要水文断面的水资源划分为生态环境水、资源水和灾害水3个组成部分(简称“三水”),并分别对“三水”的概念及其在实践中的意义进行了阐述.通过对1950～2001年逐日水文数据的整理分析,计算了每年的“三水”数量,探讨了50多年来“三水”的相互转化情况及其变化规律.结果表明,自20世纪50年代以来,尽管水资源优先用于满足河流系统功能最基本的需要,但可用生态环境水在比例增加的同时水量却不断减少,与黄河下游河道最小生态环境需水量的差值不断增大;而潜在可利用的资源水无论是数量还是比例均呈明显减少趋势.20世纪90年代以来,沿岸实际需水量已经超过潜在可利用的资源水量而需动用早已不足的生态环境水,使河流系统正常功能进一步受损、河道日益萎缩,进而导致灾害水在总水量大幅减少的情况下其比例及潜在危害仍无明显减小.     

高性能地学计算进展

地学计算是用计算机解决复杂的空间问题的艺术和科学.计算科学使用计算机去研究科学问题,高性能地学计算(HPGC)是高性能计算科学到地理科学的应用.它将高性能计算资源应用于各种类型的地理科学数据、信息和模型,来解决地球科学问题.它使用计算科学理念发展了专业学科理论、算法、体系结构、系统、支撑工具和基础设施.高性能地学计算的应用领域主要包括空间数据分析、动态建模、仿真、时空动力学、可视化、虚拟现实、采用非传统数据采集与分析技术的应用.本文介绍了高性能地学计算的发展、基本模式和分类.分析了当前国内外的研究现状,从关键技术等方面,重点阐述了具有代表性地学网格计算应用项目.最后总结了高性能地学计算未来的两大发展趋势.     

准噶尔盆地南缘中-下侏罗统浅水三角洲类型及其构造和气候指示意义

大型坳陷湖盆浅水三角洲砂体已成为我国陆相盆地岩性油气藏勘探的重要目标.中生代,准噶尔盆地开始全面进入陆相坳陷湖盆发展阶段,早-中侏罗世天山逐步的准平原化,为准噶尔盆地南缘(简称准南)浅水三角洲的发育提供了非常有利的地形条件.但目前准南中-下侏罗统沉积相研究仍缺乏系统性且存在较大的争议.本文对准南多条剖面中-下侏罗统地层进行了精细的沉积特征观察,并结合粒度分析,最终识别出3种不同的湖泊浅水三角洲相:(1)浅水辫状河平原三角洲,见于八道湾组,具有线状近物源,砂砾岩为主,发育广阔的水上和水下分支河道,河口坝和远砂坝欠发育;(2)浅水河口坝型曲流河三角洲,见于三工河组,河口坝非常发育,受湖浪影响横向延展性强;(3)极浅水曲流河三角洲,见于西山窑组,以发育广阔的三角洲平原为特征,前缘欠发育.中-下侏罗统三角洲相模式的转变体现了一个先湖侵后湖退的过程,与物源区持续后退、盆地持续扩张相矛盾,指示了中侏罗统西山窑组相较于下侏罗统八道湾组和三工河组相对干旱的气候或盆地基底的整体抬升.侏罗纪气候变化和盆地内部缓慢隆起共同控制了准噶尔盆地南缘可容纳空间的变化.     

长江中下游三大湖群近半个世纪演化对比分析

湖泊萎缩是湖泊四大环境问题之一。本文针对长江中下游平原区,在收集大量调查数据和研究成果的基础上,对该区三大湖泊群近半个世纪以来的面积变化及其阶段性特征进行了对比分析。结果表明,长江中下游地区三大湖群的湖泊面积自20世纪70年代以来有增有减,江汉湖群的面积经历了增加和减少的交替,到21世纪初共增加了259．9km^2;太湖流域湖泊群面积一直呈下降趋势,但减幅不大,40年间约减少面积188．9km^2;安庆沿江湖泊群面积在研究期间持续减少且减幅最大,减少面积高迭932．4km^2。江汉湖群面积减少主要在20世纪70年代到80年代和20世纪90年代到2l世纪初两个时期;太湖流域湖泊群面积减少的主要时期是20世纪70年代到80年代;安庆沿江湖泊群面积剧减的时期则主要是20世纪70年代到90年代。各湖群湖泊面积变化趋势和速率与人类活动方向和强度及各湖群湖泊所处的经济社会发展阶段有关,人类活动在现代湖泊演变中起了决定性的作用。     

钙华成因及其在古环境与古气候重建中的应用

钙华的形成受到气候、地质地貌、水动力务件和生物等因素的影响.文章综述了利用其特有的代用指标,如钙华年层、碳氧稳定同位素及微量元素进行古环境与古气候重建的研究进展.深入阐述了当前在钙华测年方法和一些代用指标在实际应用中存在的一些问题.     

不同粒径组泥沙对黄河下游沉积的影响及其在黄河治理中的意义

以不同粒径组的来沙量和淤积量的资料为基础,建立了三门峡-利津河段的年冲淤量与进入下游河道的年沙量的关系,从中得到了下游河道泥沙从存贮到释放的临界值.这一临界值随泥沙粒径组的变粗而减小.三门峡-利津河段的年冲淤量与进入下游河道的年沙量的相关系数值,随泥沙粒径组的变粗而增大,即来沙越粗,来沙量与河道淤积的关系越密切.单位输入沙量的变化所导致的淤积量增加量,随着粒径的变粗而增大.研究表明,在已经对大于0.05mm粗泥沙来源区进行治理并取得成效的基础上,集中治理大于0.10mm粗泥沙的产出区,具有重要意义.     

川藏公路二郎山1号大型坡体病害演变与治理研究

川藏公路横穿我国西部两大地貌单元及其过渡地带, 其间所遇的一些坡体病害具高寒冷、高海拔的环境特色和规模巨大、性质复杂的特点, 而且常常多位一体, 成群出现. 这些组合的坡体病害, 不仅不能用其中任何一种来反映发育特征, 而且其发展也同其他事物一样经历着从发育、成长到灭亡, 循环往复的演变过程. 从代表性坡体病害--川藏公路二郎山1号坡体病害的机理分析出发, 分别通过地质力学模型试验、数值计算、立体原位测试等多种手段模拟、研究并通过实际工程结构调控了这一大型坡体病害发育末期的演变. 从中得知, 这类坡体病害具备更优势的地质背景和条件; 不同病害形式间的作用比单一影响因素的作用更可怕; 除绕避方案外, 只有用结构与病害体协调作用的综合先进方法才是治愈该类病害的有效手段.     

乌苏里江水深遥感反演

文中在分析卫星遥感测深机理的基础上,利用SVCHR-1024高光谱成像仪确定了可见光反演水深的最佳波段,通过对HJ星CCD数据各波段反射率、波段比值组合对水体、水深的敏感性分析,建立了适合于乌苏里江的单波段对数水深反演模型,从而快速获取乌苏里江河道地形信息,并探测了河道深泓线,整体精度达到80%以上.遥感反演水深可快速探测河道深泓线的方法,为乌苏里江河势演变研究提供了新的思路.