师长兴
中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室,北京 100101
Shi Changxing
中图分类号: P931.1
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690（2016）06-0895-07
收稿日期: 2015-05-8
修回日期: 2015-09-5
网络出版日期: 2016-10-20
版权声明: 2016 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介：师长兴（1963-）,男,河北正定人,研究员,主要从事河流地貌、流域物质迁移与环境变化研究。E-mail:shicx@igsnrr.ac.cn
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摘要
对黄河内蒙古段河道大断面进行了连续4 a的测量,分析了断面泥沙冲淤与形态调整的变化过程;通过对河床形态指标变化与水沙条件的相关分析,揭示了河床调整主要的影响因素。结果显示：近4 a内不存在河槽萎缩的现象,整个河段河道存在总的冲刷降低的趋势,继承了自2004年以来该段河道以深度加大为主,河槽逐渐缓慢扩大的变化方向。整个河段平均从2011年汛后至2014年汛后,全断面冲刷了64 m2,河槽河底降低了0.16 m,河槽断面面积增加了4.4%,平均深度增加了4.9%,河槽宽度只增加了0.88%,河槽宽深比减小了4.8%。河槽冲刷和形态调整主要发生在2011年汛后至2012年汛后期间,与2012年较大的洪峰有关。分析河槽冲淤和断面形态变化与水沙条件的关系,结果显示滩唇高度、河槽过水面积、平均深度及宽深比变率与流量大小关系密切。滩唇高度、河槽过水面积、平均深度随着流量的增大而增加,宽深比随着流量的增大而减小。相反,河床断面面积和主槽宽度的变化与水沙条件的关系不显著。除了滩唇高度与平均含沙量有关外,平均含沙量和来沙系数与河床冲淤以及河槽形态变化之间关系都不显著。揭示出近年来内蒙河道主槽以垂向冲淤为主,并且流量变化控制着河槽冲淤与形态调整过程。
关键词：
Abstract
The Inner Mongolia reach of the upper Huanghe River has an alluvial channel, and its flood carrying capacity reduced considerably owing to aggravating siltation in the last decades. This study investigated the processes of sedimentation and channel geometric changes of the river reach based on the data of geometric survey of 28 channel cross sections of the river reach made in 2011-2014. Through correlation analysis of the changes in channel geometric indices with water and sediment conditions, the principal factors inducing the channel changes were determined. The results show that the incessant channel aggradation and shrinkage of channel capacity in the river reach in the last about 20 years of the 20th century did not occur in the past four years but the general trend of channel degradation starting from 2004 was continued with a gradual and slow increase of channel capacity principally through channel deepening. From the end of flood season in 2011 to that in 2014, each of the cross sections was scoured by a mean area of 64 m2 with a decline of 0.16 m in the bed elevation, an increase of 4.4% in the capacity, an increase of 4.9% in the depth, a reduction of 4.8% in the width/depth ratio, and a decrease of only 0.88% in the width of the main channel in the whole reach from the uppermost cross section Sns3 to the downmost cross section at Toudaoguai. Scouring and filling in channel and the adjustments of channel geometry occurred mainly during the period from the end of flood season in 2011 to that in 2012, as a result of the high floods in 2012. The results of correlation between the change rates of channel geometric indices and water and sediment indices show that there were significant relations between the water discharge and the bankfull level, capacity, mean depth, and with/depth ratio of the main channel. The bankfull level, capacity, and mean depth of the main channel increased and the with/depth ratio decreased with the water discharge. In contrast, the area of the whole cross-sections and the width of the main channel did not respond to changes in either water or sediment significantly. Except for the relation between bankfull level and mean sediment concentration, the relations were insignificant between the incoming sediment coefficient (the ratio of sediment concentration to water discharge) or sediment concentration and channel erosion/deposition and channel geometric indices. The relations of changes in channel geometry with water and sediment indexes suggest that scouring and silting in the main channel in the reach studied mainly occurred on the channel bed, and the variation of water discharge was the dominant driver for scouring and filling in the main channel and the adjustment of channel geometry in recent years.
Keywords：
河流泥沙冲淤和河床形态调整与水沙条件有着密切的关系[1~3]。气候变化和人类活动包括水土保持、水库建设和引水等引起河流来水、来沙变化,进而导致河流河床剧烈演变的现象十分普遍[4~9]。河流具有输沙和河床演变平衡倾向性[10],根据水沙变化可预测河床形态演变的方向和调整量[2, 10]。但是河流是一个具有多自由度的非线性系统,河床演变异常复杂[2, 11,12],深入河床演变研究仍需要进行天然河道的观测和分析[13]。
河套平原自然环境的形成与黄河密不可分,黄河河床演变将直接引起河套平原地貌、土壤、生态等条件的变化。自古以来河套平原人们的生产生活依赖于黄河,但是黄河洪水也不断给河套平原的工农业生产带来严重的灾害。自20世纪80年代以后,黄河内蒙古段经历了一个持续的河道淤积抬高和河槽萎缩过程,致使洪水发生风险增大,迫切需要对这段河道演变的原因及其发展趋势加以研究,以便确定合理有效的河流整治措施,减小洪灾风险和提高水资源的利用效率。因此,近十余年来,一些学者利用不同资料和方法对这段河道的淤积过程和河床形态变化及其原因开展了分析研究工作[14~17]。然而,相对黄河下游,对这段河道地形的重复测量数据较少,制约了科研工作者对这段河道河床演变的深入研究。为此,近4 a每年汛前汛后我们对内蒙河道进行了河床大断面测量,以掌握近期该段河道泥沙冲淤状况和河床演变特征,寻找关键影响因子,深化河床演变机理的认识,为确定控制河道稳定的条件提供基础。
河套平原是中晚新生代构造沉陷盆地,长期接受泥沙沉积,其中第四纪堆积厚度最大达2 400 m[18]。据估算,近500 a来宁蒙段河道年均泥沙淤积量为0.55×108 t/a[19]。本研究涉及的河段上起巴彦高勒,下迄头道拐,河道长度521 km(图1)。其中巴彦高勒至三湖河口为游荡型河段,长221 km, 比降为0.144‰;三湖河口至昭君坟为过渡段,长126 km,比降为0.111‰;昭君坟至头道拐为弯曲型河段,长174 km,比降为0.098‰。
图1 黄河内蒙段河道和断面位置
Fig.1 Inner Mongolia reach of the Huanghe River and location of cross sections
2011~2014年,在黄河内蒙巴彦高勒至头道拐河段设置断面线28条（图1）,于每年的6月份和9月底至11月初,分2次对这些断面进行重复测量。陆地上利用中国南方科力达风云K9实时差分GPS进行断面测量,该仪器RTK平面精度为±1 cm,垂直精度为±2 cm。水下河床高度测量用美国SonTek公司RiverSurveyor S5型多普勒流速剖面仪进行水深测量,该仪器的测深范围为0.06~15 m,精度为1 cm。利用GPS测得的水边线高程,将所测得的水深转换为河底高程。每个断面端点设1~2个冻结基面,以保障不同期断面间精确对比。由于河道发生裁弯取直或大范围摆动,淤泥滩不能通行,抑或测量仪器出现故障,部分断面上未能每次都测得有效数据。最终,所设28条断面线上共获得可用的断面测量数据157条。利用断面数据,本研究分析了全断面冲淤、河槽的漫滩水位、过水面积、河底高程、宽度、深度和宽深比的变化过程。
本研究还收集了黄河水利委员会观测并发布的2011~2013年黄河内蒙段水文站水沙数据。利用统计分析方法,探讨了河槽冲淤和形态变化的原因。
统计计算28个断面每条断面同一基准面以上全断面面积,并为对比不同断面的冲淤变化计算了各断面全断面面积的距平值。求游荡段（巴彦高勒至三湖河口）、过渡段（三湖河口至昭君坟）和弯曲段（昭君坟至头道拐）3个河段及全河段各年汛前汛后断面面积距平值的平均值（图2）。可见,近4 a内,2011年汛期内蒙河段整体断面面积有少量的增大,即少量的淤积;从2011年汛后至2012年汛后面积明显的减小,即表现为断面的冲刷过程;2012年汛期之后总体呈现持续淤积的过程。分河段看,弯曲段和过渡段与整个河段相似,都是在2012年表现为大幅度冲刷,其他时段为淤积或少量冲刷;而游荡段在2011年汛后至2012年汛后也表现为冲刷,但其后至2014年汛后总趋势仍为冲刷,且主要为汛期中的冲刷。
从2011年汛后至2014年汛后,全河段断面平均冲刷了64 m2,其中游荡段冲刷了238 m2,过渡段冲刷了16 m2,弯曲段淤积了43 m2。冲刷主要发生在2011年汛后至2012年汛后期间,全河段断面平均冲刷了98 m2,其中游荡段107 m2,过渡段85 m2,弯曲段98 m2。从2012年汛后至2014年汛后,整个河段断面平均淤积了34 m2,其中游荡段继续冲刷了130 m2,过渡段淤积了69 m2,弯曲段淤积了141 m2。
3.2.1 漫滩水位和河底高程
内蒙段的漫滩水位（或滩唇高度）和河槽河底高程变化如图3。其中河槽河底高程变化与全断面面积变化过程分时段变化方向基本一致（图3a）,而且除个别时段外,各分河段和整个河段的河槽河底高程变化幅度接近。从2011年汛后至2014年汛后,整个河段河槽河底平均冲刷了0.16 m,其中游荡段冲刷了0.21 m,过渡段冲刷了0.03 m,弯曲段冲刷了0.20 m。冲刷主要发生在2011年汛后至2012年汛后,整个河段平均冲刷了0.27 m,其中游荡段冲刷了0.17 m,过渡段冲刷了0.28 m,弯曲段冲刷了0.33 m。与河槽河底高程相比,漫滩水位变化幅度较小（图3b）,在2012年汛前和汛期各河段变化方向一致,其他时间各不相同。2011~2014年全河段平均漫滩水位调整幅度为0.14 m,但4 a间总降低量只有0.004 m。
3.2.2 过水面积
图3c显示了河槽漫滩水位下过水面积变化过程。可见,虽然不同时段各河段间变化幅度有所差异,但都表现出在2011年汛后至2012年汛后之间一个增加的过程,之后除游荡段在两个汛期和过渡段在2013年非汛期加大外,都呈现逐渐下降的过程。从2011年汛后至2014年汛后,游荡段河槽过水面积平均增加了161 m2,过渡段减少了12 m2,弯曲段增加了9 m2,3个河段整体平均增加了53 m2,过水面积平均增大了4.4%。在2011年汛后至2012年汛后期间,整个河段河槽过水面积平均增加了216 m2,其中游荡段平均增加高达278 m2。
3.2.3 宽度和深度
河槽宽度变化过程如图3d所示,显然,游荡段表现出较大的起伏变化,而过渡段和弯曲段变化不明显。2014年汛后相对2011年汛后整个河段河槽宽度平均增加约4.6 m,为河槽宽度的0.88%。与河槽宽度不同,平均深度变化幅度较大（图3e）,而且分河段及整个河段平均深度显示出与漫滩过水面积（图3c）相似的变化过程。2011年汛后至2014年汛后整个河段河槽平均深度增加了0.13 m,为2011年汛后河槽平均深度的4.9%,其中游荡段、弯曲段河槽平均深度都增加了0.20 m,而过渡段河槽平均深度减少了0.086 m。这几年中以2012年汛期河槽深度增加最大。由此可见,过渡段、弯曲段在冲淤过程中,以河底的冲淤为主;而游荡段河底和河岸冲淤幅度都比较大。
图2 不同河段及全河段河床断面面积平均距平值的变化过程
Fig.2 Changes in the mean anomaly of the area of cross-sections above a relative base in three segments with braided, transitional, and meandering channel patterns and in the whole reach
图3 不同河段河槽断面形态指标平均距平值的变化过程
Fig.3 Changes in the mean anomaly of channel geometric indices of different reaches
图4 三湖河口水文站汛前水位变化过程
Fig.4 Changes in water level before flood seasons at Sanhuhekou hydrological station
3.2.4 宽深比
从2011年至2014年,全河段平均河槽宽深比的变化显示出河槽向窄深变化的趋向,同样以2012年的变化最为明显（图3f）。2011年汛后至2014年汛后,游荡段河槽宽深比值减小了0.84,过渡段增加了0.27,弯曲段减小了0.72。全河段平均减少了0.51,是原河槽宽深比值的4.8%。同样河槽宽深比的减小程度以2012年汛期为最大。
近4 a来黄河内蒙段河槽冲淤过程,整体显示出冲刷趋势。从三湖河口站20世纪50年代至2013年汛前的水位变化过程（图4）,可见近4 a河道冲淤过程继承了自2004年以来该段河道冲刷趋势。内蒙河段4 a来整体的冲刷趋势主要产生于2011年汛后至2012年汛后这段时间（图2）,这与2012年遇到大流量、长历时、低含沙量的洪峰[20]有关。按巴彦高勒站水文记录,2012年最大洪峰流量是1990年以来出现的最大的洪峰流量,年径流量是1984年以来最大的年径流量。2012年河槽形态也发生了明显的变化,河槽漫滩过水面积增大,河槽加深,宽深比减小。
师长兴等[17]利用1962~2000年4期河道大断面数据,研究了黄河内蒙段河槽形态演变,发现1982~2000年间内蒙河段河道逐渐淤积抬高,同时河槽萎缩,过水面积平均从2 149 m2减少到1 060 m2,减小了1 089 m2,即减少了51%。其中,河槽宽度减少48%,深度减少10%,宽度减少程度明显比深度大,显示在1982~2000年间河槽萎缩主要通过河槽的缩窄来实现。上面分析得出在2011~2014年,逐测次河槽过水面积河段平均在1 205~1 421 m2之间,最小值比2000年的面积略大。另外,2011~2014年测得平均河槽宽度在520~539 m之间,平均河槽深度在2.60~3.01 m之间,宽度与深度也比2000年大。2014年汛后河槽过水面积为1 258 m2,宽度为529 m,深度为2.73 m。如果将2014年与2000年河槽形态相比,2014年汛后河槽过水面积增加19%,宽度增加4.3%,深度增加23%。由此说明,自1982年以来河槽逐渐萎缩的趋势已明显减弱,并且可能自2004年以后河槽有逐渐缓慢扩大的倾向,其中以河床冲刷,河槽深度加大为主。
黄河内蒙段是典型的冲积性河道,尽管沿岸部分河段修建了护滩工程,但河道仍有较高的调整自由度,因此上述内蒙河段泥沙冲淤与河槽形态变化主要由来水来沙条件决定。下面对分时段水沙条件与分河段平均冲淤及河槽形态变化率的关系进行分析。
将水沙资料按断面观测时间进行分段,得到2011~2013年5个时段巴彦高勒站和三湖河口站平均流量、平均含沙量和平均来沙系数。计算河段河槽冲淤及形态指标在各阶段的变化速率与水沙变量之间关系系数,其中游荡段对应巴彦高勒站水沙变量,其他两河段对应三湖河口站水沙变量,结果见表1。显然,全断面面积、平均河宽与水沙因子之间不存在显著的相关关系;除漫滩水位与平均含沙量外,来沙系数及平均含沙量与河槽冲淤及形态指标之间关系也散乱。存在比较显著相关关系的是流量与漫滩水位、河槽过水面积、平均深度和宽深比,随流量增大,滩唇高度、河槽过水面积和平均深度增加,宽深比值减少。
表1 黄河内蒙段漫滩水位下河槽形态指标变率与水沙因子相关系数矩阵
Table 1 Correlation coefficient matrix between indexes of incoming water and sediment and change rates of bankfull channel geometry in the Inner Mongolia reach of the Huanghe River
| 流量 | 含沙量 | 来沙系数 | 全断面面积 | 水位 | 平均河底高 | 过水面积 | 平均深度 | 平均河宽 | 宽深比 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 流量 | 1.00 | 0.73** | -0.40 | -0.28 | 0.67** | -0.42 | 0.64* | 0.57* | 0.12 | -0.53* |
| 含沙量 | 1.00 | 0.31 | -0.04 | 0.61* | -0.13 | 0.31 | 0.28 | 0.14 | -0.1 | |
| 来沙系数 | 1.00 | 0.34 | 0.03 | 0.4 | -0.38 | -0.35 | 0.01 | 0.42 |
上述河槽形态要素与水沙因子关系反映出近期黄河内蒙段河床响应水沙变化而调整的特征。其一,与流量关系密切的河槽形态要素是滩唇高度、河槽过水面积、平均深度及宽深比,而河槽宽度调整与水沙因子变化关系不大。说明这4 a中水沙变化主要引起内蒙河道垂向冲淤。其二,按5个时期最大与最小流量的比值为2.8倍,最大与最小含沙量的比值为4.2倍,含沙量的变差比流量还大,但是流量对内蒙河段河槽冲淤及形态调整起着控制作用。由表1中的相关系数看,多数河槽形态要素的变化与流量有关。相对而言,除漫滩水位外,来水含沙量与其他河槽形态要素关系不显著。而且,既使漫滩水位与平均含沙量之间的关系,也可能是因为随着流量增加,含沙量增大,两者之间存在正相关（表1）,间接反映了流量对漫滩水位变化的影响。做漫滩水位变率与流量和含沙量之间逐步回归,含沙量被从回归关系中排除。其三,来沙系数对河槽冲淤及形态调整影响不明显。来沙系数是含沙量与流量之比,表达输沙动力与负载的比值[21],可作为河道冲淤的判数[22]。但是从表1可见,来沙系数变化在近期黄河内蒙段河槽冲淤和形态调整中作用不显著。
部分河槽形态指标与水沙因子间关系显著性水平不太高,其中原因各有不同。首先,尽管流量增大时,河槽宽度倾向于增加[23]。但是,在短期内,流量较小时,水流主要在原来大水时塑造的宽浅河道中的深泓流动,泥沙淤积将主要发生于河底,河岸淤积成滩致河宽减小的几率小;流量较大时,含沙量也明显提高,河岸侵蚀加强的同时,近岸浅滩淤积成滩的几率也增加。因此,河槽宽度变化与水沙条件间无显著关系。其次,全断面的冲淤包括了河槽和滩地泥沙侵蚀与沉积过程,影响因素多而且复杂,没有长期的资料序列,不易正确揭示内蒙河段水沙条件与全断面冲淤的关系。
利用黄河内蒙段河道大断面观测数据及水沙数据,分析了河道冲淤与河槽形态变化过程及其与水沙条件的关系,得到如下初步认识：
1） 近年来黄河内蒙段河道没再发生1982年至本世纪初期间河槽持续萎缩的现象,而是延续了自2004年以来随着河床不断冲刷,河槽深度加大,河槽逐渐缓慢扩大的趋势。从2011年汛后至2014年汛后,整个河段平均全断面冲刷了64 m2,河槽河底降低了0.16 m,河槽断面面积增加了53 m2,河槽平均深度增加了0.13 m,河床宽度变化不大,河槽宽深比平均减少了0.51。
2） 滩唇高度、河槽深度、过水面积、宽深比与流量关系密切。随流量增大,滩唇高度、河槽深度、过水面积增加,河槽宽深比减小,河槽河底由淤积抬高转向冲刷降低。河槽宽度调整与水沙因子变化关系不大。表明近年来因水沙变化引起的内蒙河段河槽冲淤以垂向为主。按来水来沙因子与河槽冲淤及形态变化相关关系,流量变化对内蒙河段河槽冲淤及形态调整起着控制作用。
The authors have declared that no competing interests exist.
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The Fluvial System [M]. |
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水沙条件对黄河下游河道输沙功能的影响 [J].Sediment transferring function of the lower Yellow River as influenced by discharge and sediment load conditions. |
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The human role in changing river channels [J].https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2006.06.018 URL [本文引用: 1] 摘要
When considering the human role in relation to changing river channels , at least five challenges persist. First, because prediction of the nature and amount of likely change at a particular location is not certain, and because the contrasting responses of humid and arid systems needs to be considered, modelling is required to reduce uncertainty, as was first emphasised by Burkham [Burkham, D.E., 1981. Uncertainties resulting from changes in river form. American Society Civil Engineers Proceedings, Journal Hydraulics Division 107, 593鈥610.]. Second, feedback effects incorporated within the relationship between changes at channel, reach and network scales can have considerable implications, especially because changes now evident may have occurred, or have been initiated, under different environmental conditions. Third, consideration of global climate change is imperative when considering channel sensitivity and responses to threshold conditions. Fourth, channel design involving geomorphology should now be an integral part of restoration procedures. This requires, fifthly, greater awareness of different cultures as a basis for understanding constraints imposed by legislative frameworks. Better understanding of the ways in which the perception of the human role in changing river channels varies with culture as well as varying over time should enhance application of design for river channel landscapes.
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Cristea I et al. Changes in the channel-bed level of the eastern Carpathian rivers: Climatic vs. human control over the last 50 years [J].https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.04.008 URL Magsci 摘要
This paper is focused on the changes over the past 50 years in the channel beds of seven major rivers that are part of the Siret drainage basin located in eastern Romania. Each river has been subjected to various degrees of human intervention, assessed based on the morphological quality index (MQI): two rivers (Siret and Bistrita) have undergone complex human interventions on 40 and 60%, respectively, of their channel lengths, two rivers (Suceava and Moldova) are 30% artificial, and the remaining three rivers (Trotus, Putna, and Buzau) have a good or moderate MQI.<br/>The changes occurring in channel beds and data on water discharge (Q(w)) and sediment load (Q(s)) were assessed simultaneously for the last 50 years. The bedload was indirectly evaluated as ranging between 5 and 15% of the total sediment load. It was determined that incision was prevalent among the processes acting on the channel-bed sections under investigation (representing 62% of the altered area and changing bed level by between -0.25 and -2.70 m), with aggradation accounting for the remaining 38% (causing changes ranging from +0.15 to +1.25 m). The magnitude of the processes (incision or aggradation) for sections with an MQI < 0.3 was four times higher than for sections with a moderate or good MQI (>0.3).<br/>The pattern of change in the channel-bed processes between 1960 and 2010 for all river categories was as follows: a low rate of incision from 1960 to 1979, followed by a higher rate of incision from 1980 to 1989, and finally a tendency of recovery toward the river's initial state, characterised by a decrease in the incision rate or slight aggradation after 1990. The variable that exhibited the strongest response to climate conditions was water discharge (Q(w)), whereas the sediment load (Q(s)) was highly responsive to both climatic signals and anthropogenic factors. The sediment load has been instrumental in the adjustments of the channel beds by maintaining a balance between the two controlling factors, nature and man. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.
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River channel adjustment of several river reaches on Ebro basin [J].https://doi.org/10.1016/j.quaint.2014.10.002 URL 摘要
Global change, understood not only as an alteration of climate but also as the anthropic influence on river basins, is affecting control factors of fluvial morphology. Land-use has long changed in the Ebro basin, and so have water flows and sediment yield. In the last decades the construction of reservoirs for irrigation, urban uses, or hydroelectricity production has intensified these affections. Thirteen river reaches all along the Ebro basin, and with special concentration in northwestern area of the basin, were studied to assess the changes on channel morphology from 1957 to 2010. GIS tools were used to analyse the changes and results were linked to hydrological changes. River channels and floodplains have responded with a stabilization of the rivers, decreasing the active channel and increasing the riparian corridor. Different adjustment conditions were detected depending on the river reach and location in the basin.
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黄河下游河道萎缩对冲淤临界的影响 [J].URL 摘要
通过实测年系列水沙资料分析,运用统计分析方法,按照非萎缩期(1950～1985年)和萎缩期(1986～1999年)两个时期,分别得到黄河下游河道的冲淤临界值。对于年沙量、0.05mm年粗沙量、年均含沙量、年均粗泥沙含沙量、年均来沙系数而言,冲淤临界值均有不同程度减小。这意味着河道萎缩后,由于输沙功能减弱,在年沙量、0.05mm年粗沙量、年均含沙量、年均粗沙含量、年均来沙系数处于比非萎缩期更低的水平时,下游河道就有可能出现淤积,从而使得控制河道淤积抬高变得更为困难,使河道防洪面临新的问题。
Fill-scour thresholds of lower Huanghe River influenced by channel shrinkage. URL 摘要
通过实测年系列水沙资料分析,运用统计分析方法,按照非萎缩期(1950～1985年)和萎缩期(1986～1999年)两个时期,分别得到黄河下游河道的冲淤临界值。对于年沙量、0.05mm年粗沙量、年均含沙量、年均粗泥沙含沙量、年均来沙系数而言,冲淤临界值均有不同程度减小。这意味着河道萎缩后,由于输沙功能减弱,在年沙量、0.05mm年粗沙量、年均含沙量、年均粗沙含量、年均来沙系数处于比非萎缩期更低的水平时,下游河道就有可能出现淤积,从而使得控制河道淤积抬高变得更为困难,使河道防洪面临新的问题。
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常流河向季节河转变过程中河床适应性调整及对行洪影响——以黄河和滹沱河为例 [J].
研究黄河和滹沱河对季节河化的适应性调整,发现季节化程度较高的滹沱河下游河床断面和平面形态调整幅度不大,而河床的糙率成倍增加造成下游的小水大灾现象;黄河下游近年流量减小,不断断流,主槽淤积,虽然河槽断面形态在游荡段变得更窄深,但主槽明显变小、变窄、变高,构成下游近年出现的小水大灾现象的主要原因。
Channel adjustment to river transformation from permanent to seasonal and effects on flood control--The case of the Yellow River and the Hutuo River.
研究黄河和滹沱河对季节河化的适应性调整,发现季节化程度较高的滹沱河下游河床断面和平面形态调整幅度不大,而河床的糙率成倍增加造成下游的小水大灾现象;黄河下游近年流量减小,不断断流,主槽淤积,虽然河槽断面形态在游荡段变得更窄深,但主槽明显变小、变窄、变高,构成下游近年出现的小水大灾现象的主要原因。
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论均衡输沙与河床演变的平衡趋向 [J].
河床时空演变异常复杂。如何从复杂多变的现象中抓住本质,其中最重要的一条,就是要掌握泥沙输移与河床演变的平衡趋向,这对认清其发展态势和预估变化前景是很有意义的。本文从冲淤导向反面、河道均衡输沙、水库建立均衡输沙过程、水库下游和径流量减少的河道的均衡输沙等四个方面进行了论述。其中列举了大量实际资料和深入的理论分析,指出了其平衡趋向和达到平衡的过程。本文对于认识一般输沙与河床演变、揭示其机理,也是有意义的。
Equilibrium trend of sediment transportation and river morphology.
河床时空演变异常复杂。如何从复杂多变的现象中抓住本质,其中最重要的一条,就是要掌握泥沙输移与河床演变的平衡趋向,这对认清其发展态势和预估变化前景是很有意义的。本文从冲淤导向反面、河道均衡输沙、水库建立均衡输沙过程、水库下游和径流量减少的河道的均衡输沙等四个方面进行了论述。其中列举了大量实际资料和深入的理论分析,指出了其平衡趋向和达到平衡的过程。本文对于认识一般输沙与河床演变、揭示其机理,也是有意义的。
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Complex response of river channel morphology subsequent to reservoir construction [J].https://doi.org/10.1177/030913337900300302 URL [本文引用: 1] 摘要
ABSTRACT Seeks to provide a unified approach to the effect of reservoir construction of river channels and to eliminate the process and feedback mechanism which effect the complex response of river channels to flow regulation. Examples of degradation, aggradation and channel metamorphoses are given, and there is a section on channel adjustment below dams. There is also a section on river responses to impoundment. The immediate response after dam construction may not reflect the final equilibrium conditions. -Keith Clayton
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An experimental study of complex response in river channel adjustment downstream from a reservoir [J]. |
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20世纪的河床演变学 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-3031.2003.03.012 URL [本文引用: 1] 摘要
虽然人类对河流的研究已有悠久的历史,但河床演变学在20世纪60年代开始发展成为一门独立的学科.根据20世纪的研究进展情况,本文阐述了河床演变学8个主要方面(水系的形成和发育,河型,河相关系,弯曲型河流,其它类型的河流,坝上下游的再造床过程,实物模型,数学模型)的主要成果及有关问题,并对今后发展需注意的问题提出一些建议.
Fluvial processes study in the 20th century. https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-3031.2003.03.012 URL [本文引用: 1] 摘要
虽然人类对河流的研究已有悠久的历史,但河床演变学在20世纪60年代开始发展成为一门独立的学科.根据20世纪的研究进展情况,本文阐述了河床演变学8个主要方面(水系的形成和发育,河型,河相关系,弯曲型河流,其它类型的河流,坝上下游的再造床过程,实物模型,数学模型)的主要成果及有关问题,并对今后发展需注意的问题提出一些建议.
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黄河内蒙古河段主槽萎缩原因和对策 [J].
通过对黄河内蒙古河段1960—2006年典型断面输沙量资料的分析表明,巴彦高勒—头道拐河段淤积主要源自其支流十大孔兑洪水的影响。1969—1986年汛期来水虽较前期减少约20%,但由于来沙减少达54%,故河床淤积量不大;1987年以后,由于龙羊峡和刘家峡水库的调蓄运用,造成该河段汛期水量和洪峰流量减小,使得区间来沙对内蒙古河段淤积的影响更加显著。进一步分析表明,要改变内蒙古河段主槽萎缩趋势,一方面要保障其洪水量级尽可能达到1500~2000m3/s以上,另一方面要加强该区间重点产沙区的水土流失治理。
Cause of main channel shrinkage occurred to the Inner-Mongolia reaches of Yellow River.
通过对黄河内蒙古河段1960—2006年典型断面输沙量资料的分析表明,巴彦高勒—头道拐河段淤积主要源自其支流十大孔兑洪水的影响。1969—1986年汛期来水虽较前期减少约20%,但由于来沙减少达54%,故河床淤积量不大;1987年以后,由于龙羊峡和刘家峡水库的调蓄运用,造成该河段汛期水量和洪峰流量减小,使得区间来沙对内蒙古河段淤积的影响更加显著。进一步分析表明,要改变内蒙古河段主槽萎缩趋势,一方面要保障其洪水量级尽可能达到1500~2000m3/s以上,另一方面要加强该区间重点产沙区的水土流失治理。
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黄河内蒙古河段河床演变特征分析 [J].
针对近年来黄河内蒙古河段河槽淤积萎缩严重,防洪、防凌形势严峻的状况,从不同方面综合分析了巴彦高勒-头道拐河段河床冲淤演变特征.通过同流量水位变化分析了不同时期、不同水沙条件下各河段主槽冲淤变化,总体具有汛期冲刷非汛期淤积的特点,而汛期冲淤变化取决于洪水期的变化;依据输沙量法分析了内蒙古河段冲淤变化特点,进一步指出了不同河段淤积的原因;从不同时段河床形态的调整,揭示了河床冲淤随水沙变化而调整的规律;指出了不利的水沙条件是内蒙古河段主槽淤积萎缩、排洪能力大幅度降低的根本原因.
针对近年来黄河内蒙古河段河槽淤积萎缩严重,防洪、防凌形势严峻的状况,从不同方面综合分析了巴彦高勒-头道拐河段河床冲淤演变特征.通过同流量水位变化分析了不同时期、不同水沙条件下各河段主槽冲淤变化,总体具有汛期冲刷非汛期淤积的特点,而汛期冲淤变化取决于洪水期的变化;依据输沙量法分析了内蒙古河段冲淤变化特点,进一步指出了不同河段淤积的原因;从不同时段河床形态的调整,揭示了河床冲淤随水沙变化而调整的规律;指出了不利的水沙条件是内蒙古河段主槽淤积萎缩、排洪能力大幅度降低的根本原因.
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Scour and silting evolution and its influencing factors in Inner Mongolian reach of the Yellow River [J].https://doi.org/10.1007/s11442-011-0898-6 Magsci 摘要
<p>Rivers with fluvial equilibrium are characterized by bed deformation adjustment. The erosion-deposition area in cross-section reflects this characteristic, which is a base of researching the river scour and deposition evolution by time series analysis. With an erosion- deposition area indicator method proposed in this paper, the time series of erosion- deposition area quantity at Bygl and Shhk stations were obtained with the series duration of 31 years from 1976 to 2006. After analysis of its trend and mutation, three different tendencies about the evolution were observed in general from the quasi-equilibrium phase through a rapid shrinkage to the final new quasi-equilibrium. It is also found that the trend of erosion-deposition area series will change once a big flood occurred in some of the tributaries, and its ever greater influence is due to the decrease of deluge with the completion of upstream reservoirs. Almost all the turning points were coincident with the time when hyper- concentrated sediment flood occurred in some tributaries. With the time series of clear mutations since the late 1990s, the Inner Mongolian Reach has been in a new equilibrium phase. This can be concluded in two aspects. 1. The absence of big floods and sediment transportation from tributaries result in the river shrinkage, and to regain the channel flow-carrying capacity in Inner Mongolian Reach a large flood is needed both of high peak discharge and of lengthy interval to destroy the new equilibrium. 2. The proposed method of erosion-deposition area indicator is of great help to channel scour-deposition evolution analysis because it can demonstrate real time deformation of cross section in quantity.</p>
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黄河内蒙河段河床冲淤演变特征及原因 [J].https://doi.org/10.11821/yj2013050002 Magsci [本文引用: 2] 摘要
利用黄河内蒙段1962-2000年间4期大断面观测资料,计算了各期河床冲淤和河槽形态指标。发现从1962-2000年间前20年、中间9年及后9年,内蒙河段河槽500m<sup>2</sup>过水面积下河底高程发生了降低—升高—再升高的过程;河槽漫滩过水面积经历了升高—降低—再降低的过程,2000年只有1982年的大约一半;滩地经历了持续淤积过程,平均抬升0.25m;河槽宽深比值经历了变化不显著—增加—减小的过程。分析结果表明:气候变化、引水、水库拦沙和重点产沙支流来沙变化在河床冲淤和河床形态调整中作用较大;水库对径流的年内调节对1982年后河槽淤积贡献较大;来水来沙变化下河流多要素自动调整是造成河槽形态变化过程复杂的原因。
Shao Wenwei et al. Channel change of the Inner Mongolian reach of the Yellow River and its causes. https://doi.org/10.11821/yj2013050002 Magsci [本文引用: 2] 摘要
利用黄河内蒙段1962-2000年间4期大断面观测资料,计算了各期河床冲淤和河槽形态指标。发现从1962-2000年间前20年、中间9年及后9年,内蒙河段河槽500m<sup>2</sup>过水面积下河底高程发生了降低—升高—再升高的过程;河槽漫滩过水面积经历了升高—降低—再降低的过程,2000年只有1982年的大约一半;滩地经历了持续淤积过程,平均抬升0.25m;河槽宽深比值经历了变化不显著—增加—减小的过程。分析结果表明:气候变化、引水、水库拦沙和重点产沙支流来沙变化在河床冲淤和河床形态调整中作用较大;水库对径流的年内调节对1982年后河槽淤积贡献较大;来水来沙变化下河流多要素自动调整是造成河槽形态变化过程复杂的原因。
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近五百多年来黄河宁蒙河段泥沙沉积量的变化分析 [J].
宁蒙黄河河段主要穿行于断陷盆地中,近期淤积严重,同流量洪水水位抬升,洪灾和土地盐碱化问题加重.为了弄清该河段泥沙淤积长期变化过程,正确预测河段泥沙淤积变化趋势,以利制定合理的治河措施,本文利用河段来水来沙与河道淤积关系、气候要素与区域产沙关系以及古气候与古径流等相关资料,重建了宁蒙河段近500多年来年沉积量的变化过程.结果显示1989年以前505年间宁蒙河道年均泥沙沉积量达0.55×10<'8>t/a,其中1850年至1989年间为0.52×10<'8>t/a,高于上世纪50至80年代宁蒙河道年均泥沙沉积量.因此黄河宁蒙河段是一个长期泥沙淤积比较强烈的河段.虽然近20多年来宁蒙河段年淤积量已高于近500多年来宁蒙河道年泥沙沉积量,但历史上也出现过连续25年河道年均淤积量接近近20多年的年均淤积量.
宁蒙黄河河段主要穿行于断陷盆地中,近期淤积严重,同流量洪水水位抬升,洪灾和土地盐碱化问题加重.为了弄清该河段泥沙淤积长期变化过程,正确预测河段泥沙淤积变化趋势,以利制定合理的治河措施,本文利用河段来水来沙与河道淤积关系、气候要素与区域产沙关系以及古气候与古径流等相关资料,重建了宁蒙河段近500多年来年沉积量的变化过程.结果显示1989年以前505年间宁蒙河道年均泥沙沉积量达0.55×10<'8>t/a,其中1850年至1989年间为0.52×10<'8>t/a,高于上世纪50至80年代宁蒙河道年均泥沙沉积量.因此黄河宁蒙河段是一个长期泥沙淤积比较强烈的河段.虽然近20多年来宁蒙河段年淤积量已高于近500多年来宁蒙河道年泥沙沉积量,但历史上也出现过连续25年河道年均淤积量接近近20多年的年均淤积量.
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黄河内蒙古河段2012年洪水前后河势演变 [J].Zheng Yanshuang et al. River regime change in Inner Mongolia reach of Yellow River by considering the 2012 flood. |
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异源水沙对黄河上游兰州至头道拐河段悬移质泥沙冲淤的影响 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.0468-155X.2014.05.001 URL [本文引用: 1] 摘要
由于自然地理条件的差异,黄河上游(兰州至头道拐河段,以下简称兰头河段)具有十分显著的水沙异源特征,这对于河道冲淤有深远影响。本文以实测资料为基础,建立冲淤量与异源水沙之间的定量关系,为减淤措施的确定提供参考。划分了3个水沙来源区,即兰州以上清水来源区、祖厉河和清水河多沙细沙来源区和十大孔兑多沙粗沙来源区。基于清水区的汛期来水量与多沙细沙区、多沙粗沙区来沙量的对比关系,提出了不同来源区水沙的耦合指标,这些指标反映了清水区汛期来水对多沙区高含沙洪水的稀释作用。建立了兰头河段的年冲淤量SL-T与不同来源水沙量之间的多元回归方程,并按半偏相关系数的大小估算出兰州站汛期径流量Qwh,L、兰州站年输沙量Qs,L、祖厉河和清水河年输沙量Qs,ZQ和十大孔兑年输沙量Qs,KD对于SL-T变化的贡献率,分别为39.6%,23.8%,14.0%和22.6%。兰州汛期径流量对于兰头河段冲淤的贡献率居第一,十大孔兑的贡献率超过多沙细沙区。两个多沙区来沙贡献率之和为36.6%,为干流来沙贡献率的1.41倍。建立了兰头河段河道冲淤量与不同来源区水沙耦合指标的关系,并计算出使该河段达到冲淤平衡的临界值。这一临界值对于冲淤调控有一定的应用意义。基于本研究的成果,提出了减淤对策:(1)改变龙羊峡水库现有运用方式来增大兰州站汛期径流量;(2)在祖厉河和清水河多沙细沙区加强水土保持,减少从多沙细沙区进入干流的泥沙量;(3)在十大孔兑多沙粗沙区加强水土保持和进行风沙治理,减少输入黄河的粗泥沙量。
Channel sedimentation in the Lanzhou-Toudaoguai reach of the upper Yellow River influenced by runoff and sediment from different source areas. https://doi.org/10.3969/j.issn.0468-155X.2014.05.001 URL [本文引用: 1] 摘要
由于自然地理条件的差异,黄河上游(兰州至头道拐河段,以下简称兰头河段)具有十分显著的水沙异源特征,这对于河道冲淤有深远影响。本文以实测资料为基础,建立冲淤量与异源水沙之间的定量关系,为减淤措施的确定提供参考。划分了3个水沙来源区,即兰州以上清水来源区、祖厉河和清水河多沙细沙来源区和十大孔兑多沙粗沙来源区。基于清水区的汛期来水量与多沙细沙区、多沙粗沙区来沙量的对比关系,提出了不同来源区水沙的耦合指标,这些指标反映了清水区汛期来水对多沙区高含沙洪水的稀释作用。建立了兰头河段的年冲淤量SL-T与不同来源水沙量之间的多元回归方程,并按半偏相关系数的大小估算出兰州站汛期径流量Qwh,L、兰州站年输沙量Qs,L、祖厉河和清水河年输沙量Qs,ZQ和十大孔兑年输沙量Qs,KD对于SL-T变化的贡献率,分别为39.6%,23.8%,14.0%和22.6%。兰州汛期径流量对于兰头河段冲淤的贡献率居第一,十大孔兑的贡献率超过多沙细沙区。两个多沙区来沙贡献率之和为36.6%,为干流来沙贡献率的1.41倍。建立了兰头河段河道冲淤量与不同来源区水沙耦合指标的关系,并计算出使该河段达到冲淤平衡的临界值。这一临界值对于冲淤调控有一定的应用意义。基于本研究的成果,提出了减淤对策:(1)改变龙羊峡水库现有运用方式来增大兰州站汛期径流量;(2)在祖厉河和清水河多沙细沙区加强水土保持,减少从多沙细沙区进入干流的泥沙量;(3)在十大孔兑多沙粗沙区加强水土保持和进行风沙治理,减少输入黄河的粗泥沙量。
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来沙系数物理意义的探讨 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1379.2008.04.008 URL [本文引用: 1] 摘要
从不同角度对来沙系数的物理意义进行了探讨,认为来沙系数包含以下几层物理意义:①单位流量的含沙量大小;②实测含沙量与临界含沙量的比值;③水沙搭配参数或冲淤判数;④单位水流功率含沙量的大小;⑤非平衡输沙公式中的关键参数.
Approach to physical meaning of incoming sediment coefficients. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1379.2008.04.008 URL [本文引用: 1] 摘要
从不同角度对来沙系数的物理意义进行了探讨,认为来沙系数包含以下几层物理意义:①单位流量的含沙量大小;②实测含沙量与临界含沙量的比值;③水沙搭配参数或冲淤判数;④单位水流功率含沙量的大小;⑤非平衡输沙公式中的关键参数.
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Fluvial Forms and Processes: New Perspective [M]. |
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