基于河段单元尺度长江中游河床形态调整过程及差异性研究

三峡水库对坝下游河道调整的影响已初步显现,利用1987~2014年长江中游原型观测资料,以河段作为研究单元,探讨了三峡水库蓄水后坝下游河床形态调整时空差异性及成因,研究表明:(1)坝下游河床整体为冲刷趋势,且主冲刷带下移约80km,175m蓄水以来宜昌—枝城及下荆江河段冲刷强度减弱,上荆江、城陵矶—湖口河段增强;(2)宜昌—城陵矶河段冲刷集中在枯水河槽,且集中程度增加,低滩和高滩冲刷所占比例减小;(3)城陵矶—汉口河段由试验性蓄水前的"冲槽淤滩"转为试验性蓄水后的"滩槽均冲",汉口—湖口河段蓄水前为"冲槽淤滩",蓄水初期深槽和低滩冲刷,高滩淤积,试验性蓄水期后为深槽冲刷,高、低滩均略有淤积;(4)试验性蓄水后坝下游中枯水历时增长,冲刷集中在枯水河槽,滩地因高水历时减少和航道整治工程等作用,冲刷速率减小或略有淤积;(5)砂卵石河段断面调整以深蚀为主,砂卵石—沙质过渡段深蚀过程中伴随横向展宽,沙质河段整体为深蚀趋势,伴随边心滩冲淤调整,其展宽、束窄均有发生.     

三峡工程蓄水后荆江沙质河段河床演变及对航道的影响

分析了三峡工程蓄水以来荆江沙质河段不同类型河床的演变特性,预测计算了水库下游河床冲刷过程,进而探讨了河床演变趋势及其对航道的影响.资料分析表明,蓄水初期,上荆江深泓下切明显,但分汊放宽段航深不足问题突出;下荆江深泓冲淤相间,长顺直(微弯)河段的深槽过渡段下移,弯道进口处水流较分散,致使航槽不稳定.基于数学模型计算结果预测,蓄水5—10年,太平口—藕池口河段发生强烈冲刷,分汊放宽段中枯水河槽更宽浅,致使航道条件恶化,而且,支汊发展会影响主汊的通航条件;藕池口以下处于冲刷初期,过渡段浅滩碍航与否主要与退水过程有关,但弯道发展将使航槽位置发生变动.蓄水15—20年,藕池口以上冲刷基本完成,上荆江微弯分汊河型趋于稳定;藕池口以下发生强烈冲刷,过渡段浅滩高程降低,有利于航深的增加,弯道可能出现局部撇弯,致使航槽移位.     

黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究

针对宁蒙河段近期水沙问题,以水力学及河流泥沙动力学为基础,研究河道水沙变化后河道冲淤临界指标.利用1952—2012年黄河宁蒙河段各水文站点实测资料,系统分析了河段水沙变化特性,点绘出河段汛期单位水量冲淤量与来沙系数关系,计算了不同河段河道临界冲淤条件.结果表明:宁夏下河沿-青铜峡河段河道基本能维持冲淤平衡,青铜峡-石嘴山河段河道呈微淤趋势,石嘴山-巴彦高勒河段冲淤调整量不大,内蒙三湖河口-头道拐河段随着进口流量的增加冲淤效率呈现淤积少—淤积多—淤积少—冲刷的变化特点;当平均流量小于1 000 m3/s时,宁蒙河道发生淤积,随着流量的增大,宁蒙河道处于冲刷的状态;当进口站含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段基本表现为冲刷状态,当含沙量大于7 kg/m3时,宁夏青铜峡至石嘴山河段汛期冲淤平衡临界来沙系数为0.003 4 kg·s/m~6,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段汛期临界来沙系数为0.004 5 kg·s/m~6,内蒙河道河道汛期冲淤平衡临界来沙系数大于宁夏河道.     

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.     

新水沙条件下荆江河段强冲刷响应研究

三峡工程运用后,坝下游荆江河段水沙条件重新分配,其河床进入剧烈冲刷状态,揭示其河床响应综合特征可进一步丰富水库下游河床演变规律.本文通过原型观测数据对比分析,阐述了荆江河段水沙重分配特性,多方面揭示出河段的强冲刷响应特征.研究结果表明:三峡工程运用带来了坝下游荆江河段水量过程上的重分配,沙量区域上及过程上的重分配,从而激发其河床的高强度冲刷响应,其中既有枯水位下降、断面窄深化、床沙粗化等常规响应,也有上荆江分汊河段"支汊冲刷发展"、下荆江急弯河段"凸冲凹淤"等异常响应.     

三峡建库后荆江三口分流的变化

根据近50年来的实测资料,分析了三口分流变化的原因,得到了影响三口分流最主要的因素是荆江河段水位变化以及三口分流洪道冲淤变化,而近期造成这些变化的主要原因是长江干流水沙变化.其中,在1955-1990年期间,荆江河段水位下降、三口分流洪道淤积导致三口分流比急剧递减;1990年至蓄水前,荆江河段水位、三口分流洪道冲淤均变化不大,三口分流比也基本变化不大.三峡蓄水以后,长江干流含沙量将会大幅度地减少,本文结合三峡水库下泄水沙过程及下游河道冲刷的研究成果,估算了三峡水库运行20年后三口分流洪道的冲刷深度以及分流比变化.结果表明:三峡建库20年后,荆江河段中、高水位下降幅度有限,三口分流洪道河床高程下降幅度较大,因而三口分流比将不会减少.     

三峡蓄水后城陵矶水位变化初步研究

近50年实测水沙资料分析表明,城陵矶水位变化取决于螺山-汉口河段冲淤量．三峡蓄水后,螺山-汉口河段冲淤量又取决于宜昌下泄和宜昌-城陵矶河段冲起的粗沙量（d〉0．085mm）及汉口（扣除汉江）粗沙输沙量．通过估算三峡蓄水后宜昌-城陵矶河段粗沙冲刷量和汉口（扣除汉江）粗沙输沙量,表明螺山-汉口河段最大冲刷约9．5×10^8t,螺山流量为10000-60000m^3／s时,城陵矶水位下降约1．26-0.32m,并且随着螺山流量的增大,城陵矶水位下降幅度减小．     

三峡水库蓄水后长江中游分汊河道演变机理及趋势

长江中游宜昌-湖口河段分汊河型分布广泛,涵盖了顺直分汊、微弯分汊及鹅头型分汊3种类型.本文依据三峡水库蓄水以来大量原型观测资料,总结归纳了长江中游各分汊河段的演变特征及其内在机理,并初步预测了其发展趋势.研究结果表明,三峡水库蓄水后,沙量大幅减少,同时局部河床边界条件发生变化,长江中游分汊河段普遍出现支汊冲刷发展、中低滩冲刷变形、高滩滩缘崩退等演变现象.伴随着三峡水库调度方式的不断优化,加之河床冲刷下造床质输移水平的沿程恢复,以及大量航道整治工程的作用,城陵矶以下分汊河段稳定性将优于荆江河段.     

三盛公水库运用对下游河道输沙的影响

通过建立一维水沙数学模型,分析了不同下泄流量与含沙量条件下三盛公水库下游河道的水沙输移规律,统计了河道的含沙量、累计冲淤量和河段沿程冲淤量,并计算了河道单位长度冲淤量,定量分析了不同河段的冲淤特点。结果表明：流量相同的条件下,进口含沙量越大,河道沿程淤积量和累计淤积量越大,但水库下游100km后水体含沙量逐渐趋于一致,与进口含沙量无关;水库的下泄流量和含沙量对下游河道的冲刷和淤积影响明显,下泄含沙量不大于3kg/m3时,下游河道以冲刷为主;水库至三湖河口河段冲淤变化受上游来水来沙条件影响明显,该河段冲淤平衡来沙系数在0.004kg·s/m6附近。     

三峡建坝后长江宜昌—汉口河段水沙与河床的应变

通过三峡建坝前后1950—2013年的水文、泥沙与2003年和2011年的实测河床底形资料对比,试图讨论长江中游宜昌—汉口河段水沙及河床地形等应变量对三峡建坝的响应,为人们理解河流水沙及河床冲淤对超大型水库应变的幅度提供具体案例.三峡建坝后,宜昌站和汉口站年均流量由建坝前的13 850 m3/s和22 650 m3/s(1950—2002)减少到建坝后的12 450m3/s和21 000 m3/s(2003—2013),分别减少10.1%和7.2%;年均输沙量由5.56亿t和4.02亿t(1950—2002)锐减至0.6亿t和1.5亿t(2003—2013),分别减少89.5%和62.2%;年均悬沙中值粒径则由35μm(1950—2002)和25μm(1955—1975)减少至4μm和15μm(2003—2010).同时,水流挟沙不饱和能力的增加,引起了河床的沿程冲刷及泥沙粗化,宜枝河段、荆江河段和城汉河段深泓处分别平均冲刷了3.7 m、1.5 m和0.4 m,在主槽刷深的同时,河道浅滩有不同程度的萎缩.三峡建坝已导致中游水沙及冲淤条件发生了巨大改变.     

韩江三河坝-潮州供水枢纽段河道冲淤规律及成因分析

以韩江三河坝-潮州供水枢纽段为研究对象,利用2002～2017年实测地形资料,分析了河道冲淤量及强度、断面及深泓变化,基于河段区间泥沙输移平衡关系,结合河道采砂情况,确定了引起河道冲淤的主控因素。研究表明:①韩江三河坝-潮州供水枢纽段深泓整体为下切趋势,2002～2017年期间三河坝-高陂枢纽、高陂枢纽-东山枢纽及东山枢纽-潮州供水枢纽河段平均下切分别为1.92 m、1.15 m和5.38 m;②2002～2008年期间韩江三河坝-东山枢纽河段略有淤积,2008～2017年期间为冲刷趋势,其中三河坝-高陂枢纽河段冲刷强度减小,高陂枢纽-东山枢纽河段冲刷强度增加;③2002～2017年期间东山枢纽-潮州供水枢纽河段的河道均为冲刷趋势,且冲刷强度先减小后增大;④基于河段区间泥沙输移平衡理论,结合河道采砂量,研究认为河道采砂是引起三河坝-归湖河段河床冲刷下切的主控因素。     

近期界牌河段河床调整及其对航道条件的影响

三峡水库蓄水运行后长江中游界牌河段河床冲刷剧烈,河床形态相应调整.基于实测水沙、断面地形及遥感影像等资料,采用河段平均的统计分析方法及一维水动力学模型,分析了界牌段河床平面及断面形态的变化过程,主要包括洲滩变形及深泓摆动、平滩河槽形态调整及其对前期水沙条件的响应、枯水期南门洲汊道分流比调整及其对宽深比的影响.平面变形结果表明:新河脑以下新洲洲体冲刷剧烈,洲体呈左摆趋势;南门洲有小幅度冲刷,洲体面积较2001年减小4.3%;石码头—赤壁山段于2006年出现长约2.16km的心滩,河型有由单一段边滩转化为分汊段趋势;近期界牌段深泓摆动剧烈,河段尺度的平均深泓摆幅达45.72m/a(2003～2016年).断面变形结果表明:受大规模护岸工程控制,近期界牌河段的平滩河宽整体保持稳定,河床以冲深下切为主,河段平滩水深累计增加1.4m,河段平滩面积增大约9.4%,且二者的调整均受前期水沙条件控制;枯水期南门洲汊道分流比变化剧烈,右汊分流比由2003年的39.04%增至2016年的83.95%,相应枯水河槽宽深比由2003年的5.41减至2016年的3.04,故三峡工程运用后南门洲汊道主支汊发生易位,右汊航道条件改善,且枯水期分流比对河槽宽深比影响显著,二者基本呈负相关.本研究定量地分析了三峡工程运用后界牌河段平面形态的调整特点,以及平滩与枯水河槽的变化规律,研究成果有助于解决该河段的防洪及航运问题.     

高含沙岛礁海区促淤工程动力地貌响应——以舟山海域岱山北部岛礁为例

舟山群岛区岱山北部海区是典型岛礁海岸,水深多在10～20m,最深超过40m,实测最大流速超过2m/s,含沙量年平均约0.6kg/m~3、最大超过2kg/m~3,泥沙运动受波浪和潮流共同作用.该海区近期海床冲淤变化主要由围垦活动引起.为认识该海区促淤工程的动力地貌响应特征,针对该海区岛礁众多岸线曲折、水深大水下地形复杂、潮流强、悬沙含量高且受波浪影响大以及海床演变特点,建立了二维波流泥沙数学模型,2007年和2012年夏季大小潮验证表明,计算潮位、流速、流向、悬沙含量与实测过程吻合良好,计算的泥沙冲淤量和分布趋势与实测值接近.结果表明,促淤工程实施后,海床冲淤变化主要在岱山岛附近,对大范围滩槽稳定影响不大;促淤堤东西侧均淤积且以西侧淤积为主,拟促淤范围内平均淤厚约5.2m;堤头形成扇形冲刷,岱山西南侧和西侧冲刷较大.促淤工程引起的水动力变化导致较大的泥沙冲淤.研究结果可为岛礁海岸开发利用等提供借鉴.     

三峡水库蓄水后荆江三口分流比估算

笔者根据近50年来的实测资料,分析了三口分流比变化的原因．在1955-1990年期间三口分流比递减,主要原因是荆江河段水位下降以及三口口门淤积;而在1990-2004年期间三口分流比基本变化不大,主要原因是荆江河段水位以及三口口门冲淤均变化不大、三峡蓄水以后,长江干流含沙量将会大幅度减少,笔者结合三峡蓄水以来的实测数据预测了蓄水20年后荆江河段的水位变化．在此基础上,计算了三口口门冲刷深度以及分流比的变化．结果表明,荆江河段中、高水位下降幅度有限,三口口门河床高程下降幅度较大,因而三口分流比将不会减少．     

2012年度陕西省三门峡库区泥沙冲淤及河势变化浅析

2012年是三门峡水库建成运用以来的第52年,也是三门峡水库实施全年控制运用的第39年。本文着重根据陕西省三门峡库区(简称库区)范围内黄、渭、洛河的来水来沙资料及淤积断面测验成果资料,对2012年度库区的泥沙冲淤及河势变化进行了浅析。分析认为:2012年度库区渭、洛河河段均有所冲刷,且潼关高程较2011年又下降了0.23m,但自建库以来潼关高程仍累计抬升3.99m。库区河段主槽有所拓宽,部分河段主槽趋向顺直,河道湾顶不断上提下挫。     

长江中游典型顺直河段交错边滩复归性演变机理

顺直河段交错边滩受水动力条件、来水来沙情况、边界条件、滩槽分布及其相互作用的影响,使得其演变趋势较为复杂.本文以长江中游典型顺直河段——界牌河段为例,在阐述了河段形态特征和河道水文泥沙特征的基础上,分析了顺直河段交错边滩的演变特点及机理.在此基础上,结合该河段交错边滩复归性演变规律,分析了三峡工程蓄水前后来水来沙变化,人类河段治理工程等对交错边滩复归性演变周期的影响,研究了交错边滩的演变趋势.结果表明,界牌河段交错边滩的复归性演变规律仍将延续,但演变周期将延长.     

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.     

长江上游边滩作用下的河道最大冲刷深度

摘 要：长江上游边滩多为卵石推移质边滩,通过查阅长江上游宜宾至重庆段的航道图册,利用模型相似比尺设计了不同临水面坡度的边滩,并采用理论分析和水槽试验结合的方法,研究了两种不同形态的边滩作用下河道的最大冲刷深度。研究发现：同一滩体的相同部位,当水深等水力因子相同时,冲刷深度随着试验流量的增大而增大;水深、流量等相同水力条件下,滩体的临水面坡度越大,对应的冲刷深度越大。本文建立并拟合了长江上游边滩作用下顺直段的最大冲刷深度计算公式。研究结果对于今后研究交错边滩的冲淤变化机理和维护航道安全通行具有重要意义。     

基于GIS长江口北港河段冲淤变化的可视化分析

利用GIS技术,建立长江口北港1973~2003年间不同时期的水下数字高程模型,以此作为基础资料,通过叠合分析不同时期的水下地形图,得到长江口北港不同时段相对的河床冲淤分布图.分析了长江口北港30年来河道的冲淤变化和演变情况,并计算了河道泥沙冲淤量.结果表明,GIS技术是研究河床演变规律的一种行之有效的可视化方法;北港河段在1973~2003年间整体呈冲刷之势,泥沙冲刷量为1.58亿m3,平均每年冲刷0.05亿m3;北港河床航道稳定性较差,受南、北港分汊口演变的影响,北港河床逐渐演变.洪水在北港河槽演变过程中起着重要的作用.     

双台子河口分汊水流特征及心滩演变

随着盘锦经济的发展,双台子河口地区的河道及河口淤积、洪潮灾害、淡水资源不足、水环境污染等问题的研究日趋重要。河口水流及滩槽冲淤受潮流为主的涨、落潮水流的影响较大。文章分析了双台子河口分汊水流特征以及岸滩、心滩的现状和近期冲淤变化。