向家坝水电站下游河道冲淤演变规律
冯志毅;邓安军;陆琴;冯胜航;吕瑞茹;基于2008—2023年实测资料分析了向家坝水电站下游河道的冲淤演变规律,采用数值模拟计算了大流量条件下近坝河段的极限冲刷情况。天然情况下,向家坝水电站下游河道河床相对稳定,冲淤基本平衡;施工截流期,坝下游4.0 km范围内的河段冲刷明显,深泓线平均下切5.0 m左右,而距坝超过4.0 km的河段整体变化较小;水库运用后,坝下游32.0 km的河段深泓平均下切0.33 m,其中距坝13.0～16.0 km的河段整体下切5.0 m左右,主要与采砂有关;整体来看,2012—2023年下游河道累积冲刷1 103万m3,其中人工采砂917万m3,河道水流冲刷仅186万m3;在20 000 m3/s大流量条件下,下游距坝2.1 km的断面刷深3.63 m,距坝6.0 km的断面冲刷2.21 m,大流量条件下向家坝下游河床仍有可能发生较大冲刷。
长江中游沙卵石河段枯水位降幅的溯源传递机理研究
李明;周成成;袁晶;余文钧;夏楷;长江中游沙卵石河段的枯水位下降问题既直接影响航道条件,也关系到葛洲坝船闸的正常运行,历来颇受关注。2014年以来,枝城以上枯水同流量的水位基本保持稳定,枝城以下水面比降持续增加,枝城至大埠街河段流量7 000 m3/s的水位落差增加约2.5 m,比降达到了1.4■。在水位下降过程中,时段起始的能量损失比降是河道枯水位控制作用的表现,能量损失比降越大,水位下降向上游传递过程中的同等衰减幅度所需要的河段长度就越短。目前枝城至大埠街河段的沿程能量损失比降水平匹配该河段的长度,可以有效限制出口水位下降对枝城以上河段的影响,未来随着枯水位进一步下降,枯水位下降将逐渐向下段乃至末端集中,出口水位下降的向上影响范围还将进一步缩短至枝江以下。
清水条件下河床冲淤平衡时间研究
李乐诗;吴腾;秦杰;曾睿;滕辉;河床冲淤平衡的研究多集中于平衡判定、平衡过程中的水沙变化等,而关于平衡时间的研究较为有限。以概化水槽为研究对象,采用一维水沙模型研究清水条件下的河床冲淤平衡时间,分析清水条件下平衡时间与各影响因素之间的关系。结果表明,随着单宽流量的增加,平衡时间先下降,后趋于平稳;随着初始河床坡度增加,平衡时间单调减小。在中值粒径不变的情况下,平衡时间随泥沙分布标准差的增加逐渐增加。基于数值模拟结果,对河床平衡时间进行无量纲化处理,并选取合适的无量纲参数,拟合得到清水冲刷条件下平衡时间计算公式。
《泥沙研究》投稿和征订启事
<正>《泥沙研究》是中国科学技术协会主管、中国水利学会主办、泥沙专业委员会编辑出版的基础研究学术期刊(双月刊),是全国中文核心期刊和中国科技核心期刊,创刊于1956年,是水利行业创刊较早、泥沙专业影响最大的学术期刊。《泥沙研究》刊登泥沙专业方面的学术论文、专题综述和工程技术总结。
小流域地理特征及土地利用对流域输沙粒径的影响
魏天兴;荆丽波;缪今典;张晓明;侯磊;土壤粒径分布影响土壤的水力侵蚀特性,是重要的土壤物理特性之一。以黄土丘陵沟壑区山西吉县蔡家川嵌套流域为研究对象,探究其流域面积、森林覆盖率和流域高程对下游各堰周边淤积泥沙粒径分布的影响。结果表明:流域面积越大,淤积泥沙粒径越小且淤积粒径小于1 mm;植被覆盖度对下游各堰周边淤积土壤没有趋势性的筛选作用,流域所处海拔高度对淤积泥沙粒径影响不大;粒径大于5 mm的影响因素从高到底分别为:森林覆盖率>农地比例>河流比降>流域面积,粒径小于5 mm的影响因素从高到底分别为:流域面积>森林覆盖率>农地比例>河流比降。研究结果可为黄土高原黄土丘陵沟壑区水土流失治理提供科学依据。
三峡库尾典型航道的四大家鱼栖息地生境营造效应研究
苗智斌;肖毅;李文杰;杨胜发;“长江大保护”国家战略要求三峡变动回水区朝天门至涪陵段高等级航道建设需与生态保护协同。以三峡变动回水区洛碛河段为例，基于Delft3D构建了平面二维水沙数值模型，模拟并评估了生境营造方案前后该河段的水沙动力过程及四大家鱼栖息地生境适宜性影响。结果表明，清礁弃渣生境营造方案对河段泥沙冲淤影响集中于上下游约2 km，年内淤积增加0.04～0.52 m；四大家鱼产卵期生境适宜面积增加0.05%～1.37%，不适宜生境面积减少0.51%～1.26%。研究结果可为山区航道工程的清礁弃渣环保利用提供科学参考，亦可为航道等级提升与鱼类生态保护协同的航道建设提供技术支持。
基于分布式水文模型的阿伦河流域输沙模拟
黄金柏;王庆明;王斌;温佳伟;为揭示东北寒区中尺度流域输沙特性，选取阿伦河流域为研究区，基于自研发的物理性分布式水文模型，耦合悬移质和推移质计算模块，构建耦合输沙的降雨-径流过程分布式水文模型，通过对控制案例计算结果与含沙量采样粒径级配的比较，检验模型的实用性。研究区2016年输沙过程计算结果表明：模拟结果的均方根误差(RMSE)小于0.1，输沙过程受流量过程的支配；输沙主要为悬移质，最大洪峰期间，研究区出口断面悬移质占输沙量的90%以上，常流条件下，悬移质占输沙量的80%以上；冬季各月输沙量对年输沙的贡献率小于0.15%；6月、7月、9月和10月的月输沙量对年输沙的贡献率大于15%。研究结果为东北寒区水沙耦合运动过程研究提供基础数据。
生态清淤技术在湖库治理中的应用综述
冯显露;生态清淤技术对改善湖库水环境、恢复水生态系统意义重大。其清淤量计算方法包括断面法、等高线法、方格网法和数字地面模型法，其中数字地面模型法精度和效率高，应用广泛。清淤设备分为机械式、水力式和气动式，不同设备适用范围和特点各异，选择时需综合考虑多种因素。国内多个湖库已开展生态清淤工程，如太湖、巢湖等湖泊及通济桥、玉瑶、三峡等水库，治理效果良好。未来，清淤量计算技术有望提升，清淤设备将更高效环保智能化，底泥处理和利用方法也将创新，以提高生态清淤工程综合效益。
斜交桥墩对S型弯道局部水流结构特性的影响研究
石喜;宋婷婷;陈辉;陶虎;为分析斜交桥墩对弯道局部水流结构的影响，建立“S”型双弯道三维模型，采用SIMPLE算法耦合RNG k-ε湍流模型，结合VOF法追踪自由水面，对比无墩和有墩情况下的弯道水流结构分布，分析不同斜交角度的桥墩对弯道环流结构及墩周水流紊动特性的影响。桥墩的存在和斜交角度对弯道环流结构产生了显著影响，尤其是在斜交角度较大(α>45°)时，墩后断面的环流结构变得更加复杂和紊乱，且后弯较前弯发展更加充分。环流旋度随着斜交角度的增加而整体增大，且墩后的增幅超过了墩前。紊流强度沿水深方向的分布由无墩时的“J”型变为有墩时的“W”型，桥墩斜交角度与弯道的组合显著增加了桥墩区域的水流紊动程度。
河床沙质含量对清水冲刷过程砾卵石输沙影响试验研究
袁强;尹梦吉;王成帝;罗永钦;为探究河床中小于2 mm沙含量不同对冲刷过程中砾石和卵石输沙影响，采用0.5 mm沙、5 mm砾石和20 mm卵石配比3种典型级配铺沙，进行4种阶梯流量清水冲刷试验。结果表明，一定水流强度下，初始流量对不同沙含沙的河床的冲刷影响不同，河床最大冲深与初始流量大小不同的流量过程存在两种截然不同的相关关系。一定沙质含量可以促进砾卵石冲刷输移，但过量含量可能通过不连续级配中粗细颗粒之间重力差异的影响，增大卵石的起动切应力来抑制其冲刷输移。揭示小于2 mm沙对砾卵石泥沙输移的影响，有助于推进非均匀沙起动理论的发展。
中国坡面水蚀预报模型研究
江忠善 ,郑粉莉 ,武敏基于我国坡面水蚀预报模型研究成果,考虑浅沟侵蚀对坡面侵蚀产沙的重要影响,建立了我国坡面水蚀预报模型,给出了模型参数降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀影响因子的算法和采用数值。指出今后应加强土壤可蚀性因子、覆盖—管理因子和水土保持措施因子的研究与集成。利用自然坡面径流小区实测资料对模型进行验证,表明模型具有较高的预报精度,在有浅沟和无浅沟的坡面上,预报精度达88%以上。
坡面流阻力规律试验研究
姚文艺通过实验室人工降雨水槽试验，初步研究了坡面浅层均匀流及由降雨形成的浅层沿程变量流的流动阻力规律．根据试验中观察到的物理现象及对实测资料的分析，进一步明确了坡面浅层水流与一般明渠流水力特性的差别，揭示了降雨、坡度和表面粗糙度对浅层流流动特性的影响，提出了＂伪层流＂的概念，根据实测资料建立了不同流区的Ｄａｒｃｙ－Ｗｅｉｓｂａｃｈ阻力参数ｆ的定量关系式．研究成果可用于坡面流汇流计算及土壤侵蚀、产沙模拟等生产实践．
水库淤积与河床演变的(一维)数学模型
韩其为,何明民目前对泥沙运动与河床演变研究还很不够,因此泥沙输移数学模型的关键,就在于泥沙运动的方程及一些关系式是否符合实际.按照这一考虑,作者及有关合作同志多年来进行了一系列泥沙运动与河床演变的专题研究.在此基础上,从1972年起直接研究水库淤积与河床演变的数学模型,到目前为止已发展成为经过大量实际资料检验适用范围较广的一维模型. 本文阐述了水库淤积与河床演变(一维)数学模型的最基本的内容:包括水库淤积与河床变形的方程组、重要的补充计算及其公式、方程组的解法、需要的原始数据和可以输出的结果以及模型验证和投入生产的情况.
河流泥沙研究进展
王光谦;泥沙研究主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。泥沙学科体系始建于20世纪,侧重河流泥沙研究。河流泥沙运动力学基本理论包括:泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等。在长期的治河实践中,我国的泥沙科学发展迅速,主要进展包括:泥沙运动力学基本理论,高含沙水流的运动机理与理论,河流模拟的理论与技术,水库泥沙的对策与管理,河道演变规律的认识及治河工程技术等。本文对河流泥沙研究的主要进展进行简要综述。
河流泥沙研究进展
王光谦;泥沙研究主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。泥沙学科体系始建于20世纪,侧重河流泥沙研究。河流泥沙运动力学基本理论包括:泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等。在长期的治河实践中,我国的泥沙科学发展迅速,主要进展包括:泥沙运动力学基本理论,高含沙水流的运动机理与理论,河流模拟的理论与技术,水库泥沙的对策与管理,河道演变规律的认识及治河工程技术等。本文对河流泥沙研究的主要进展进行简要综述。
黄河口泥沙输运三维数值模拟Ⅰ——黄河口切变锋
王厚杰;杨作升;毕乃双;采用三维数学模型研究黄河口泥沙输运过程,并利用实测资料对模型进行了检验。数值模拟结果揭示了黄河口切变锋的时空运动过程及其对河口泥沙传输的作用。黄河口切变锋在涨、落潮时段存在两种不同的形态,分别历时2小时左右。切变锋在浅水区域产生,向深水区移动,经历2小时左右消失,它的产生是由于近岸区域与10 m深线以外区域的潮汐相位差所导致。切变锋对河口泥沙的向海传输有重要的阻隔作用,导致河口泥沙集中在切变锋的向岸一侧随落潮流向北侧传输,在涨潮时河口向海排沙量降低,少量泥沙随涨潮流沿岸向南传输。长期的地貌演化表明切变锋对河口的淤积和侵蚀分区有重要的控制作用,导致河口泥沙在其向岸一侧沉积,是长时间尺度的河口地貌演化对短时间尺度河口沉积动力过程的重要响应。
近30年土壤侵蚀模型研究进展
郭兴月;王添;程圣东;李占斌;土壤侵蚀模型是定量预测土壤侵蚀程度的一种重要方法，对“山水林田湖草沙冰”系统治理具有重要意义。为进一步认识国内外土壤侵蚀模型研究进展，了解前沿方向，运用CiteSpace与VOSviewer软件，分析1991-2020年国内外土壤侵蚀模型的研究进展。以中国知网核心期刊和WoS数据库核心馆藏为数据源。分析结果显示，目前国内该领域的研究前沿方向是：优化不同土壤种类条件下的土壤侵蚀模型；将遥感技术与模型改进相结合，提高预测精度；以解决实际应用问题。国际的研究前沿方向是通过指纹识别技术示踪河道泥沙来源，逆推不同地区的侵蚀泥沙产出占比；解决黄土高原易侵蚀引起的高产沙问题。
基于Flow-3D的圆柱形桥墩局部冲刷大涡模拟
张曙光;尹进步;张根广;为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和最大冲坑深度,基于Flow-3D软件的水动力学模块和泥沙输运模块对桥墩附近局部冲刷进行了三维数值模拟。以Melville冲刷试验为原型,采用LES大涡模拟方法,模拟了桥墩附近湍流流场。以床面瞬时切应力作为泥沙起动、输移条件,采用Van Rijn输沙率公式计算床面冲淤。采用FAVOR技术追踪河床形态变化,得到了桥墩附近局部冲刷形态。经实测资料验证,计算结果与模型实测的冲坑形态及最大冲坑深度基本吻合。
