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三峡工程运行后,长江中游荆江河段含沙量大幅度降低,次饱和水流冲刷河床使含沙量在沿程逐渐恢复,但其恢复特点由于沿程床沙组成差异而有所不同。本文基于Markov随机过程及泥沙起动理论,推导非均匀悬沙的泥沙落距表达式;结合悬移质扩散理论,修正非均匀悬沙恢复饱和系数公式。在此基础上,基于荆江河段实测输沙过程,提出考虑床沙组成影响的分组悬沙恢复饱和系数计算方法;该方法主要与泥沙粒径、悬浮指标、床沙组成及止滚概率、止悬概率等因素有关,无需考虑非饱和调整系数的影响。计算结果表明:①不考虑床沙组成时,沙市、监利站恢复饱和系数计算值均在区间0.12~0.27内变化,而考虑床沙组成时分别为0.000 3~0.171 8和0.003 5~0.157 9。②不考虑床沙组成时,分组悬沙恢复饱和系数计算值细沙>中沙>粗沙;考虑床沙组成时细沙 < 中沙 < 粗沙;除落水期外,沙市站粗沙的恢复速度均大于监利站。③沙市、监利站恢复饱和系数在各计算时段的变化过程对悬沙分组具有敏感性,其中洪水期恢复饱和系数大于枯水期、涨水期和落水期。采用河床变形方程反算分组悬沙恢复饱和系数,并与本文计算结果进行对比;通过比较分析,本文公式能够用于描述荆江河段分组悬沙恢复特性,可为三峡工程下游非均匀悬沙沿程恢复过程研究提供参考。 相似文献
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为实现多沙河流水库短期兴利效益和长期减淤效益的平衡,采用数学模型研究水库减淤与发电综合效益具有重要意义。充分考虑水沙输移和河床变形的耦合作用,通过结合一维水沙计算模块、水库调度模块以及发电计算模块,建立了考虑水库调度的水沙电耦合计算模型。将该模型应用到三门峡水库,采用2019水文年和2020水文年实测水沙资料分别对模型进行率定及验证。并应用该模型研究了不同水沙条件和调度方式对水库冲淤和发电的影响。计算结果表明：各测站流量、水位以及含沙量的计算过程与实测过程符合较好,发电量计算值误差均在15%以内,该模型能较为准确地模拟库区冲淤及电站发电过程;较丰水枯沙过程,其余3种典型水沙条件下冲淤量和发电量变幅分别达129%～360%及18%～52%,受入库水沙条件影响大;降低非汛期起调水位有利于控制非汛期库区淤积,提高汛期敞泄的临界入库流量有利于提高减淤及发电综合效益。 相似文献
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窝崩是长江中下游常见的一种崩岸类型,具有流场结构复杂、发展速度快、破坏力强等特点。为揭示不同类型窝崩三维水流结构的特点,以长江中游虾子沟和下游扬中窝崩为例,设计了一般型与口袋型的窝崩概化模型,开展了相应的水槽试验。采用PIV流场测量技术,获得了一般型和口袋型窝崩的三维流场,研究了这2类窝崩的水流结构。试验结果表明：(1)窝塘及附近区域可分为主流区、掺混区和回流区;(2)一般型与口袋型窝崩回流区流速的最大值分别为主流平均流速的0.19倍和0.27倍,掺混区存在着较大的流速梯度且紊动强度大,掺混宽度沿主流方向逐渐增大;(3)一般型窝崩回流区的垂向平均流速比口袋型大48%～76%,且回流中心相比于口袋型更靠近窝塘外侧,这导致一般型窝崩更易将窝塘内泥沙输运至主流区;(4)在较高主流流速条件下,一般型窝崩窝塘水体与主流的交换速率大于口袋型窝崩,较低主流流速下则相反。 相似文献
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三峡工程运用后,长江中游荆江河段持续冲刷,床沙与推移质、悬移质泥沙不断交换,从而造成该河段床沙发生不同程度的调整,对长江中下游河床演变及非平衡输沙机理的研究具有重要影响.在新水沙条件下,总结分析了沙波运动特性及床沙交换方式,引入Markov三态转移概率及非均匀沙隐暴系数,得到基于状态转移概率的沙质河段床沙级配调整的计算模型.研究结果表明:(1)20092014年,沙市站年内床沙中值粒径有先增大后减小的趋势,而监利站年内床沙中值粒径则先减小后增大,且荆江河段年际床沙中值粒径总体呈上升趋势,粗化程度约为6.9%~9.3%;(2)20092014年,沙市站床沙组成中粒径d<0.062 mm的泥沙所占比重不变,0.062 mm≤d<0.25 mm的泥沙所占比重逐年减少(累计减少11.4%),d≥0.25 mm的泥沙所占比重逐年增加(累计增加11.4%),而监利站床沙组成均存在波动性变化;(3)荆江河段床沙转换为推移质的概率随着泥沙粒径的增大而增大,床沙转换为悬移质的概率随着泥沙粒径的增大而减小,而推移质和悬移质转换为床沙的概率均随着泥沙粒径的增大而增大,河床发生冲刷粗化时泥沙输移的主要形式为悬移质(概率为81%~87%),而淤积细化时床沙补给主要来源于推移质(概率为8%~12%).通过验证,本文概率模型的计算结果与实测资料符合较好,能够应用于长江中游沙质河段年际床沙粗化及年内床沙级配调整过程预报,为进一步开展三峡工程下游非均匀悬移质泥沙沿程恢复机理的研究提供理论基础. 相似文献
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黄河中游小北干流河段为典型的游荡型河段,主槽经常发生摆动,揭示主槽摆动特点对研究该河段的河床演变规律具有重要意义.以1986-2001年小北干流段汛后卫星遥感资料与实测29个淤积大断面地形资料为基础,计算了断面及河段尺度的主槽摆动宽度与强度,定量分析了持续淤积期小北干流段的主槽摆动特点及其主要影响因素.计算结果表明:主槽摆动方向具有往复性,断面主槽摆动宽度沿程变化表现为上段大、中下两段小的特点,其中禹门口-庙前段多年平均主槽摆动宽度和强度分别为1151 m/a和0.70,是小北干流段中主槽摆动最为剧烈的河段;建立了小北干流段主槽摆动强度与上游水沙条件(来沙系数)与下游侵蚀基准面(潼关高程)之间的单因素及多因素响应关系,并对综合关系式进行了率定与验证.在综合关系式中,主槽摆动强度随来沙系数和潼关高程的增大而增大,且两者在该关系式中的占比平均值分别为89.3%和10.7%,说明水沙条件是影响黄河中游小北干流段主槽摆动强度的主要因素,潼关高程是次要因素.采用该经验公式得到的计算值与实测值总体符合较好,可用于计算和预测小北干流段持续淤积期的主槽摆动过程. 相似文献
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受上游水库运行的影响,自2003年后长江中游河段河床调整,引起河道自身过流能力的变化.本文选取长江中游城陵矶-汉口河段作为研究对象,根据实测资料计算了2003-2016年两个水文断面的水位-流量关系及特征流量变化,并采用一维水动力学模型计算了河段尺度的平滩流量.结果表明:(1)螺山站及汉口站2003-2016年的水位-流量关系呈现枯水流量下水位降低、洪水流量下水位抬升的特点;(2)两站年最大流量下对应的水位整体抬升,警戒水位下对应的流量分别减小9%和16%;(3)2003-2016年城汉河段平滩流量有增有减,无明显单向变化趋势,2014年后呈减小趋势.分析断面的过流能力变化,发现螺山站与汉口站警戒流量与动床阻力呈明显的反比关系,过流能力由于河道阻力的增大而减小;床沙粗化、河道相对水深的减小及洲滩植被覆盖度的增大是引起河道阻力增大、过流能力减小的原因. 相似文献
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天然冲积河流主槽摆动具有复杂的时空变化性,分析其摆动特点对研究黄河下游游荡段河床演变规律具有重要意义。以1999—2016年黄河下游游荡段汛后卫星遥感影像与实测28个淤积断面地形资料为基础,计算了断面及河段尺度的主槽摆动宽度及强度,确定了小浪底水库运用后游荡段的主槽摆动特点,并定量分析了影响游荡段主槽摆动强度的主要因素。计算结果表明:游荡段主槽摆动方向具有往复性,主槽摆动宽度呈现中段大、上下两段小的特点;小浪底水库运行后,游荡段主槽摆动宽度及强度呈逐渐减小趋势,多年平均值分别为188 m/a和0.16;上游来水来沙条件是影响主槽摆动强度的主要因素,河床边界条件(滩槽高差、河床组成等)是次要因素;建立了游荡段主槽摆动强度与前3年平均水流冲刷强度的幂函数关系,相关系数良好。 相似文献
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洞庭湖入汇对长江干流水位的顶托作用影响着荆江河段的水文情势变化,分析其变化特征对研究长江中下游防洪安全问题具有重要意义。为揭示汇流顶托作用的程度与影响范围,本文基于1990—2020年荆江河段水位流量关系与洞庭湖汇流比,提出洞庭湖入汇顶托程度的量化方法,构建计算顶托程度的随机森林回归模型,分析顶托程度主要影响因素的重要性。结果表明：(1)洞庭湖入汇顶托程度与汇流比呈显著正相关关系;顶托程度随干流流量增大而增加,2003—2020年枯水、中水和洪水流量级监利站水位受顶托程度平均为0.59、1.33和1.60 m;顶托最大影响范围随干流流量与汇流比增大向上游延伸。(2)随汇流比增大,在2020年干流枯水、中水和洪水流量级下,顶托最大影响范围的延伸区间分别为石首—沙市、石首—陈家湾和陈家湾—枝城;汇流比、荆江段累计冲刷深度、螺山水位及干流流量对顶托程度变化的重要性占比分别为28%、27%、25%和20%。(3)构建的顶托程度计算模型在不同流量级都能够较好地计算荆江河段水位的顶托程度并确定顶托影响范围。 相似文献
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河道过流能力与主槽形态有关,而主槽形态又取决于上游水沙条件,分析过流能力与这两者之间的关系对研究黄河下游游荡段河床演变规律有重要意义。从典型断面和河段平均两个尺度,定量分析了黄河下游游荡段1986-2015年平滩流量与水沙条件(来沙系数和水流冲刷强度)及汛前主槽形态(河相系数)之间的响应关系。结果表明:①1986年至小浪底水库运行前,游荡段淤积严重,主槽萎缩,河道过流能力急剧下降,自小浪底水库运行后,游荡段发生强烈冲刷,其断面持续趋向窄深,过流能力逐年恢复;②建立了断面和河段平滩流量与水沙条件及河相系数的幂函数关系,二者相关系数均在0.5以上,但河段尺度相比于断面尺度的相关系数至少可提高17%;③河段平滩流量与前5年汛期平均水流冲刷强度及河相系数的相关系数接近0.94,相应计算公式能较好地反映平滩流量的变化过程,为分析其他河段平滩流量的变化提供了参考方法。 相似文献
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植物是大型河流生态系统的重要成分。但受气候变化和人类活动影响,洲滩禾本科植物高度不断发生调整,进而影响洲滩生境和河道防洪安全,故需长期监测。近年来,伴随着星载激光雷达(LiDAR)技术的发展,应用LiDAR卫星数据反演洲滩禾本科植物高度成为一种可能。本文融合新一代星载LiDAR系统GEDI数据与Sentinel-2影像,基于XGBoost算法构建了考虑物候、累积温度与光合有效辐射指标的洲滩典型禾本科植物高度外推模型,同时利用Attention-UNet算法搭建了洪淹区域识别模型。随后以长江中游洲滩为例,探明了星载LiDAR技术在获取洲滩植株高度方面的性能,分析了各指标对模型精度的影响,并初步得出了洲滩典型禾本科植物高度对不同淹没条件的响应模式。主要结论包括:(1)星载LiDAR系统GEDI具有准确探测洲滩植物高度的能力,与无人机航测数据相比RMSE=0.43 m;(2)运用GEDI数据构建禾本科植物高度外推模型时,考虑物候和累积温度等指标可有效提升模型精度,提升幅度为6.8%～10.7%;(3)利用无人机航测数据对模型外推植物高度进行评价,RMSE=0.80m。同时从模型外推结果中可知... 相似文献