丁坝间距对改善水生生物栖息地作用的数值模拟研究

用于航道整治的丁坝在发挥束水攻沙整治作用的同时,也会因丁坝影响范围内的水沙结构和河床形态改变而造成水生生物栖息地的适宜性变化。常用的水生生物栖息地模拟模型（River2D）因缺乏泥沙（推移质和悬移质）运动和河床变化模块,难以直接用来评价丁坝对栖息地的影响。为此,本文以岷江支流锦江穿过成都华阳镇河段为研究对象,采用水沙耦合的二维浅水模型,结合河道内流量增加法（IFIM）构建栖息地模拟模型。分析双丁坝在不同间距时,河道水沙运动结构、水生生物栖息地适宜性指数分布（HSI）和栖息地加权可用面积（WUA）的变化规律;同时从模拟成果中进一步得到能使WUA值有所提升的最佳丁坝间距,为航道建设河道或生态修复提供一定借鉴。     

航道整治丁坝对城区中小河流鱼类栖息地的影响研究

用于航道整治的丁坝在发挥束水攻沙整治作用的同时,因其改变了河流流场、流速、水深、底质分布而造成水生生物栖息地变化。为探讨该种丁坝能否对栖息地有改善作用,基于河道内流量增量法(IFIM),以岷江支流锦江穿过成都华阳镇河段为研究对象,采用River 2D进行了鱼类栖息地的模拟。结果表明:不同丁坝及其组合方案下,鱼类栖息地加权可利用面积(WUA)均大于天然状况,即修建丁坝对改善城市河流水生生物栖息环境有利;同时从模拟成果中进一步分析得到在保证通航条件下WUA最大时所需要的生态流量及最佳丁坝布置方案。     

双丁坝合理间距的试验研究

桩式透水丁坝群是一种新型结构丁坝,目前在河道整治工程中大量运用。为探讨工程设计中前二座丁坝的间距布设问题,对前二座丁坝的设计间距、透水率、坝长等因素进行了动床模型试验,运用Surfer8.0软件绘制河床地形图和三维效果图,分析结果表明:双丁坝比单个丁坝运用条件下能更好地控制河道整治线,同时第2座丁坝也会产生弱于第1座丁坝的横向和纵向冲刷槽;丁坝间距的确定原则为坝后不冲、主流不淤和坝体自身稳定。经试验观测和原型验证,推荐顺直河道的合理间距为1.5~2.5倍坝长。     

弯曲河道对改善水生生物栖息地研究进展

从保护生物学来看,保护生物多样性最有效的办法是保护生境.天然弯曲河道独特的水沙特性能够创造出丰富多样的生境,可为各种水生生物提供良好的栖息场所.若能充分利用弯道水流特征,尤其是利用其对河床形态的改变作用,就能创造出多样的生境,从而达到保护或恢复受损河道水生生物多样性的作用.然而,有关弯道水流的研究大多集中在弯道水流结构、泥沙运动与河床变形等方面,系统研究弯道对水生生物栖息的改善或恢复的并不多.为此,首先系统梳理了国内外关于弯道水流在水流结构、泥沙运动与河床变形和水生生物栖息地修复以及相关数值模拟等方面的研究进展;其次,基于利用弯道水流改善水生生物栖息地机理研究方面的不足,提出了今后在弯曲河道栖息地修复方面应开展的研究重点和方向.     

桩柱式双丁坝局部水流结构及冲淤规律的试验研究

桩式透水丁坝是一种新型河道及航道整治建筑物,本文针对桩式透水丁坝群中对水流影响最大的前2座丁坝分别进行定床和动床模型试验,在前人研究的基础上,主要分析透水率的变化对双丁坝流场分布的影响规律,并运用Surfer软件绘制了河床地形图,探讨透水率变化对双丁坝局部冲淤的影响规律,发现第2座丁坝坝根附近的横向冲槽、坝头冲刷深度和坝后淤积体在发生程度上均弱于第1座丁坝;随透水率的增大,2座丁坝的坝头最大冲刷深度均减小,同时两坝间的淤积作用也减弱,不利于护岸促淤,推荐透水率为30%。     

水库调节对下游鱼类栖息地适宜性的影响

水库运行引发的天然径流情势改变会对下游河道水生生物栖息地产生显著影响.以海南省万泉河流域牛路岭水库下游加积至河口河段为对象,选择区域内的典型经济鱼类(草鱼、鲢鱼、鳙鱼)作为目标物种,针对鱼类整个生命周期(洄游、产卵、幼鱼、成鱼)构建栖息地适宜性模型,耦合区域内的平面二维水动力模拟,计算并分析水库调节对目标物种不同生命阶段栖息地适宜性的影响特性.结果表明:水库现有运行方案对目标物种洄游较有利,对成鱼生长影响不大,但却显著削减了年内整体的产卵适宜面积,并使得大范围的幼鱼适宜栖息地消失.     

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。     

汉江红山头至雅口河段航道整治模型试验研究

汉江红山头至雅口河段,河床宽浅,滩槽多变,具有游荡性河道持征,目前国内外整治这种航道尚无经验.为此,笔音进行了模型试验研究.从模型中得出的整治线型态、尺度和丁坝布置,可以保证航道达到设计标准.在模型试验技术上:采用了分三段模型试验;取得了大面积散乱洲滩动床模型验证的相似;首次采用CCA防腐处理木屑模型沙的新方法,研制了模型自动集中控制和数据采集处理系统等.     

三峡蓄水后新水沙条件下荆江河段整治建筑物损毁原因分析

荆江自古以来边界条件复杂,水患频发,是长江黄金水道重点整治河段之一。在三峡水库蓄水后,该河段受清水下泄影响,河床将发生更为敏感的冲淤变化,给航道整治带来了新的问题,使治理难度增大。围绕长江黄金水道建设,在全面调查分析三峡水库蓄水运行前后荆江河段水沙条件的变化情况,以及荆江河段各主要航道已建整治工程的损毁、运行情况的基础上,总结出新水沙条件下,荆江河段不同类型整治建筑物的损毁影响因素及其损毁原因。为进一步研究新水沙条件下荆江河段航道整治建筑物的稳定性与整治效果提供参考依据,为保障长江干线航道的通航水深、改善航行条件奠定理论基础。     

三峡水库重庆河段平面二维水沙数值模拟

本文针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限体积方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟。模型中针对长江河道的实际情况,采用李义天提出的分组挟沙力级配计算方法以及床沙质范围界定方法,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段原型观测资料对模型进行了验证。结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好,此模型可以用于重庆河道的水沙变化问题研究。     

三峡水库重庆河段平面二维水沙数值模拟

针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限体积方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟.模型中针对长江河道的实际情况,采用李义天提出的分组挟沙力级配计算方法以及床沙质范围界定方法,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段原型观测资料对模型进行了验证.结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好,此模型可以用于重庆河道的水沙变化问题研究.     

丁坝群三维水流数值研究

丁坝是河道整治及防洪护岸工程中一种常见的建筑物,丁坝水流一般是具有不规则的曲面边界和自由表面的三维紊流,本文采用修正的K-ε模型封闭Reynolds方程作为紊流控制方程、引入通度概念处理不规则边界、引入VOF法追踪自由表面,对丁坝群三维水流进行了数值模拟,给出了自由表面形状、流速分布图及回流长度,并与试验结果进行了比较,从水流条件出发,给出了丁坝群间距的推荐值。     

可冲刷坡面滚波影响因素的数值模拟研究

运用能够模拟可冲刷坡面滚波的一维水沙耦合数学模型,对床面形态起伏、冲淤厚度及含沙量沿程变化等因素对滚波形态的影响进行研究,并比较水沙耦合与非耦合模型数值模拟结果的差异.结果表明床面形态起伏越大,滚波的波幅及周期变化越剧烈,滚波周期与床面形态起伏的对应关系越明显;冲淤厚度对滚波运动特性的直接影响不明显,但河床发生冲淤变化后,床面的起伏形态发生相应变化,进而对滚波的运动特性产生较大影响.水沙耦合与非耦合数学模型相比,滚波形态模拟结果差异较大,因此对坡面起伏明显、水沙输移强度较大的山区坡面流数值模拟应采用能够更好的模拟水沙输移规律的水沙耦合模型.     

洪湾渔港工程潮流泥沙的输运特性

洪湾渔港工程地处珠江出海口,由于常年受径流携带的水沙、外海潮汐动力的影响,该位置的水动力条件十分复杂。依据流体动力学理论,以多年的水文地质资料为基础数据,数值模拟了洪湾渔港规划方案实施后河道流场、流速的变化以及泥沙淤积情况,并根据计算结果提出了优化方案。结果表明:工程实施后,河道的流速和流向影响较小,进港支航道的平均回淤强度较大,最大淤积部位在口门附近,厚度为0.92 m,可通过大范围开挖港池出口和砌筑短丁坝来优化方案。     

单双正挑丁坝平面二维回流数值模拟与验证分析

以平面二维水深平均浅水方程为基本依据,引入k-ε湍流模型.对非淹没状态下的单双正挑丁坝分别进行回流数值模拟,单丁坝模型计算分析结果与Nawachukwu的单丁坝实验吻合良好,能够准确模拟发生冲刷位置及范围,说明模型的可靠性;双丁坝模拟计算分析得出在合理间距下双丁坝较单丁坝的水流流态更平缓.因此本文建立的数学模型具有较高精度,能够用于实际河道的丁坝流场研究.     

90°弯道T型丁坝水力特性和数值模拟研究

利用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω涡粘紊流模型,研究在无丁坝、直线型丁坝、T型丁坝三种工况下90°弯道水流中的水力特性.研究结果表明:与直线型丁坝相比,T型丁坝下游形成的回流区长度约缩短15%,宽度约缩窄25%;对水面壅高、横纵比降的影响程度较小,且将横向环流移向河道中心,更加合理的减轻环流对岸边的水毁破坏;河床切应力突增率低于直线型丁坝,强度顺河道向下游衰退更快.综合比较,T型丁坝是一种优于直线型丁坝的坝型.     

来沙条件对河床结构及推移质运动的影响过程

为了研究来沙条件对河床结构及推移质输沙率的影响过程,认识山区河流的推移质运动规律,选择在云南蒋家沟泥石流堆积体上进行野外试验。试验选择在非汛期进行,在试验河道采用人工加沙模拟上游来沙,对不同加沙率时的推移质输沙率及河床结构强度的变化过程进行连续监测。试验结果表明:上游来沙(或推移质运动)会使河床结构强度Sp降低,对河床结构造成危害,导致推移质输沙率的迅速增加;而推移质连续来沙必须先改变河道的河床结构强度才能增加推移质输沙率。在水流能量和河床结构强度相同的条件下,不同河流的推移质输沙运动相似。     

溪流大型底栖动物栖息地适合度模型的构建与河道内环境流量研究——以三峡库区香溪河为例

基于对香溪河河流生态系统的多年研究,以该流域河流大型底栖动物最优势类群四节蜉为指示生物,建立了我国大陆地区第一个基于长期的连续的野外现场实测数据的水生生物栖息地适合度模型（habitat suitability model,HSM）．为保护河流生态系统结构和功能的完整性,文中将河道内环境流量分为3个层次,即河道内最小需水量、最小环境流量和适宜环境流量,并利用水文法和加权可利用面积法（weighted usable area,WUA）分别构建了这3个层次的河道内环境流量的计算模型．结果表明：香溪河的最小需水量为Tennant法中描述为差或最小状态的流量（即0．615m^3·s^-1）,为保护河流生态系统健康、维系河道景观多样性,应将多年平均流量的42．91％（即2．639m^3·s^-1）作为研究地点的适宜环境流量．综合考虑水文和生物因素,从3个层次确定了河道内环境流量,可以为香溪河水资源的合理配置和综合管理提供技术支持,同时为较准确地计算河道内最小环境流量提供探索性研究．     

三峡工程运行后长江中游窑监滩群航道整治线宽度变化

三峡水库蓄水运行后,长江中游来水来沙和航道条件发生了很大变化,黄金航道整治面临新的挑战,从天然冲积河流导出的整治线宽度公式已不适用于坝下游河道。本文以下荆江著名的窑监滩群为例,基于唐存本的"河床断面法",根据三峡工程运行后枯水实测地形资料绘制该河段整治水位下的t-B关系曲线(最小航深-河宽关系曲线),分析了三峡工程运行后航道整治线宽度变化。研究表明,受清水冲刷影响,窑监滩群航道整治线宽度呈逐渐放宽态势,但调整幅度逐年减小,2003～2014年整治线宽度可为800～1 100m。根据2014年枯水地形资料,绘制了满足航深分别为4.5m和6.0m时整治水位-整治线宽度的关系曲线,探讨了整治水位与整治线宽度的组合关系并建立了拟合公式。研究结果可为类似滩群航道整治工程设计与维护提供依据.     

东江干流的来水、来沙变化趋势及其非线性分形特征

通过对东江干流博罗站的1954年至2002年的流量、含沙量和输沙率月序列的变化趋势及其非线性分形特征的分析,发现东江干流的流量长期变化趋势是逐渐递增的,而含沙量与输沙率是逐渐递减的;流量的分维数大于含沙量的分维数,表明东江干流的水沙同源性较差,异源差异性较大,这与东江流域水利工程对河道水、沙再分配的调节强度很大有关,这种高强度、大范围的水沙调节,不仅影响这东江干流及其下游三角洲的河床演变,而且对整个流域的航道整治也将产生一定的影响。