基于粒子滤波的河道含沙量数据同化及参数校正研究
徐兴亚;赖瑞勋;黄磊;何国建;夏军强;方红卫;提升水沙数学模型含沙量的计算精度具有重要的实际意义和科学价值。通过将粒子滤波数据同化算法引入到一维河道水沙数学模型，采用实测含沙量作为观测数据，建立悬沙输移模型的粒子滤波同化系统，优化模型状态变量含沙量模拟结果，并对模型参数(恢复饱和系数α和挟沙力公式系数K及指数m)进行校正更新。将所建立的同化系统应用于黄河小浪底至夹河滩河段调水调沙过程计算分析，结果表明：同化过程在优化水沙数学模型含沙量的同时，随水沙条件变化同步动态校正模型参数，可以有效地减少模型参数的误差，降低模型不确定性，提升水沙数学模型的含沙量计算精度。
冰盖流泥沙起动规律研究
许晓阳;王平;陈月君;胡恬;在寒冷地区，河流冬季常形成冰盖和冰塞，会明显改变河流的水流条件，使泥沙起动规律更为复杂。基于Einstein的阻力划分假定，采用指数流速分布公式，建立了适用于不同糙率组合条件下的明渠流、冰盖流和冰塞流泥沙起动流速公式。对公式进行了验证和比较，结果表明：公式计算值与实测数据符合良好，平均相对误差由7.245%～10%减小到4.256%;文献中公式计算值与实测值存在较大偏离的主要原因在于不同试验组次的泥沙起动标准不同；以垂线平均流速来表示泥沙起动条件时，泥沙起动流速从大到小依次为：明渠流>冰盖流>冰塞流；不同边界条件下可起动最大泥沙粒径从大到小依次为：冰塞流>冰盖流>明渠流。
基于深度学习的细颗粒泥沙絮团测量及处理系统研究
叶宏辉;许春阳;陈永平;谢嘉钰;针对传统图像处理方法在细颗粒泥沙絮团测量中易受失焦颗粒干扰、效率低、处理参数有较大主观性的问题，基于YOLOv7模型框架，提出一种基于深度学习模型的自动化图像处理模型(YOLO-floc)。基于构建高分辨率CCD相机系统，结合YOLO-floc模型实现絮团边界的精准定位和失焦颗粒的有效剔除，最终得到絮团尺寸、分形维数等相关信息，并进行了两组验证实验。结果表明，模型在不同粒径玻璃珠及微塑料颗粒的尺寸测量中，与手动方法测量结果高度一致，且能定量分析蒙脱石微粒在絮凝过程中絮团粒径的演变规律。研究验证了该方法在实验室条件下的可靠性，将深度学习模型应用于泥沙絮团测量领域，为泥沙输移、污染物迁移等研究提供了高效、高精度的技术支持。
向家坝水电站下游河道冲淤变化及其影响研究
潘增;陈忠贤;朱俊;周凌;郑川东;封保根;针对向家坝水电站清水下泄问题，采用2012—2023年长序列水文泥沙和断面地形资料，分析了向家坝水电站蓄水以来下游河床演变特征，通过水动力数学模型计算，分析了河道冲刷对枯水期河床糙率和河道水位变化，以及对电站发电和升船机通航的影响。结果表明，河道冲刷集中于2012—2017年，2018—2023年冲刷明显减缓。2012—2017年河床糙率由0.042增长至0.051,河道水位下降明显，其中向家坝水文站、大雪滩站水位最大分别下降约0.27 m和0.47 m。2018—2023年河床糙率维持在0.049附近，河道水位下降趋势减缓。初步分析河道冲刷对向家坝升船机通航影响不明显，对电站发电总体有利。
东庄水库拦沙前期对下游冲淤及三门峡水库调度影响研究
王海军;冯普林;基于东庄水库设计水沙条件和泾河、渭河、黄河近期水沙及河道条件，分析了东庄水库拦沙前期对泾河、渭河下游及黄河潼关以下水沙变化、河道冲淤和三门峡水库调度的影响，提出了临潼站相应于水库设计1968系列、1961系列、1991系列、2000系列、原1968系列和新2000系列水沙条件的水沙量变化及渭河临潼以下河段冲淤量调整指标，以及黄河潼关以下相应于水库设计1991系列和新2000系列水沙条件的水沙量变化及冲淤量估算指标，得出三门峡水库非汛期及汛期平水期的蓄水位、汛期洪水敞泄的量级和时机都要谨慎控制和动态调整的结论。
河流水沙过程边界层的现象、机理与主控因素
安晨歌;傅旭东;已有研究表明，在周期性洪水作用下，河流动态平衡表现为水沙过程边界层的形式，但是非恒定泥沙补给的影响仍缺乏深入研究。通过数值模拟和理论分析，研究了非恒定水沙补给条件下的河流平衡。发现周期性非恒定泥沙补给条件下，河流平衡同样表现为水沙过程边界层，其形成原因为泥沙补给和水流挟沙力之间的周期性不匹配。对于水沙过程边界层之外的稳定河床，其平衡形态由平均流量、水流非恒定性、平均泥沙补给速率决定，但不受泥沙补给非恒定性影响。河流平衡状态受水流非恒定性影响、但不受泥沙补给非恒定性影响，原因在于水流挟沙力与水流流量之间的非线性关系。
水电开发条件下河流水沙变化及其生态环境效应研究综述
赵慧明;邓安军;谢益芹;凌菲;水库的建设和运行，不仅会改变河流的水沙过程，导致库区泥沙淤积、坝下游河道冲刷等，还会因泥沙的生态环境效应而影响生源物质的迁移过程及其通量，进而改变河流的生境条件，对防洪、发电、灌溉、航运、工程安全和生态平衡等造成一定的影响。梳理了水电开发条件下河流水沙变化、河流泥沙的生态环境效应等方面的研究进展，探讨了河流水沙变化规律、泥沙与生态环境因子耦合作用机理等方面研究的不足，进而提出了水电开发条件下河流水沙变化及其生态环境效应研究所面临的挑战及展望。
贵州省水库淤损情势分析
杨文锋;王茂洋;徐子扬;陶驷骥;韩一;以贵州省86座水库为对象，依据实测地形及设计资料，分析了贵州省水库淤损状况。样本水库涵盖贵州省两大流域八大水系，其中小型水库62座，中型水库24座。通过比对样本水库库容实测值与设计值，结果显示86座水库平均淤损率为11.4%，该数值与我国水库平均淤损率相近。进一步分析发现，贵州省长江流域水库淤损率为8.54%，低于珠江流域17.51%。从年均淤损率来看，贵州省水库的年均淤损率为0.38%～0.39%，贵州省珠江流域水库年均淤损率为0.57%，高于长江流域的0.29%。贵州省长江流域的年均淤损率与全国范围长江流域统计值大致相同，而珠江流域年均淤损率高于全国水平。
黄河下游床沙粒径的预测方法及其时空传递效应
马子普;薛源;沈逸;床沙粒径是表征河床组成的关键参数，黄河下游床沙粒径的时空传递规律的研究仍较薄弱，时空因素的相对贡献尚不明确。提出黄河下游床沙中值粒径的双线性拟合预测方法，仅需较少输入变量即可实现床沙粒径的高精度预测，较机器学习模型更简捷高效；量化了时空传递效应的贡献差异，时间传递效应的影响更强，历史年份粒径对当前粒径的影响显著大于上游站点的影响，其中艾山站因特殊地理位置呈现明显差异的传递参数；比较了空间与时间对床沙粒径的贡献率差异，二者呈此消彼长关系，整体表现为从上游时间主导到河口空间主导的渐变规律。研究成果为黄河下游床沙粒径预测提供了高效方法，并深化了对床沙粒径时空演变规律的认识。
小浪底水库运行后黄河下游游荡段坝垛出险特点及原因
耿嘉骏;夏军强;周美蓉;李东阳;李国顺;郑钊;徐晓阳;小浪底水库运行后黄河下游河床持续冲刷，对坝垛产生了显著影响。通过分析2004—2023年游荡段内12处工程共计4 726处出险数据，研究坝垛出险次数的时空分布特点、出险类型和部位的分布特征，以及主要出险成因。结果表明：坝垛出险主要集中在6—7月和10月，多为控导工程出险，且出险频次与河段冲刷呈正相关；82.8%的坝垛出险类型为根坦石墩蛰，83.4%的出险部位位于迎溜区，主要出险原因为主溜冲刷、顶冲和回溜淘刷作用。险情在各个流量级均有分布，83.1%的险情发生于中小流量，条件出险几率随着流量增大呈指数型增加。建库后黄河下游在中大流量下出险次数增加，整体出险次数呈增大趋势。
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。
