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金沙江下游区间来沙驱动因子分析及产沙预测模型

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水科学进展 2023年第2期34卷 277-289页

作者：谭寓宁刘怀湘陆永军南京水利科学研究院水文水资源及水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098

随着长江上游梯级开发的快速推进,金沙江下游干支流来沙占比失衡现象日益突出,区间水沙实测资料欠缺的问题严重影响了对干流库群泥沙淤积的预测。为系统性了解并掌握金沙江下游区间内泥沙分布全貌,明晰区间来沙时空异性特征以及归因,基... 详细信息

随着长江上游梯级开发的快速推进,金沙江下游干支流来沙占比失衡现象日益突出,区间水沙实测资料欠缺的问题严重影响了对干流库群泥沙淤积的预测。为系统性了解并掌握金沙江下游区间内泥沙分布全貌,明晰区间来沙时空异性特征以及归因,基于已有支流水文站泥沙序列与因子集,采用秩相关分析研究了区域内地形、气候、土地覆被、空间尺度各类因子对流域产沙的潜在影响和各因子之间的变化独立性。通过参数降维与双重回归分析相结合的方法识别关键因子组合并构建输沙模数预测模型。研究结果表明:8°以上坡度占比、气温和集水面积的驱动因子组合能够较为完整地解释研究区域产沙机制,并在此基础上建立了能解释约92%输沙模数变化性的预测模型。根据模型计算得到广大无实测资料区域的输沙模数分布范围为87~1189 t/(km^(2)·a),近50 a来减小幅度约50~300 t/(km^(2)·a)。在此基础上识别白鹤滩、溪洛渡高产沙及上下游低产沙区间,并分析了该空间不均衡特征的削弱趋势。

关键词：流域产沙悬移质输沙量输沙模数区间来沙预测模型金沙江

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荆江弯道岸滩地貌动力对三峡工程的响应研究

Journal of Geographical Sciences 2022年第8期32卷 1530-1556页

作者：王洪杨陆永军姚仕明左利钦刘怀湘 State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science Wuhan UniversityWuhan 430072China State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering Nanjing Hydraulic Research InstituteNanjing 210029China Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of Ministry of Water Resources Changjiang River Scientific Research InstituteWuhan 430010China

Geomorphic dynamics of alluvial rivers in response to upstream damming have substantial impacts on navigation, habitat protection, and channel stability. The purpose of this study was to determine how flow and sediment regimes, and meander characteristics affect the morphological adjustment of bends in the Lower Jingjiang Reach(LJR) before and after the Three Gorges Project(TGP). Based on detailed field measurements and hydrological and topographic datasets from 1991 to 2016, banks and point bars morphodynamics of 12continuous bends in the LJR were comprehensively analyzed. Point bars in the LJR mainly experienced a net deposition before the TGP operation, but substantially deteriorated with a net erosion rate of 4.6 million m^(3) yr^(-1) in the post-TGP periods(2003–2016), and erosion on heads and upstream margins of point bars was a general adjustment pattern in the 12 bends.The most significant morphological changes of point bars and banks occurred in 2006–2011,indicating a delayed response of the channel evolution of the LJR to damming. Detailed observations suggested that the medium discharges(16,000–18,000 m^(3) s^(-1)) were the most contributive discharges in shaping the morphology of point bars and banks in the LJR after damming. In addition, we revealed the importance of sediment supply on meander deformation of the LJR, driven by sediment exchange over point bars, and more upstream planform deformation tended to occur in bends with high sinuosity(>2.0) in the LJR after damming.The relationship between meander deformation and sinuosity was manifested through the geometric adjustment range of point bars. The morphological adjustments of point bars in the highly curved or compound bends of the LJR were more conducive to cause flow deflections,leading to form concave-bank bars after the TGP operation.

关键词： point bar and bank morphodynamics flow and sediment regimes meander characteristics Three Gorges Project Lower Jingjiang Reach

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山区河流床面结构发育野外现场试验研究

水利学报 2009年第11期39卷 1339-1344页

作者：刘怀湘王兆印南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029 清华大学水利水电工程系北京100084

山区河流在长期的河床演变中常发育一定的床面结构,起到增加河道稳定性等作用,从而对未来演变过程产生影响。为研究床面结构的发育分布及其与环境条件之间的关系,本文在蒋家沟泥石流堆积体上设计了野外现场试验,分析不同工况下床面结构... 详细信息

山区河流在长期的河床演变中常发育一定的床面结构,起到增加河道稳定性等作用,从而对未来演变过程产生影响。为研究床面结构的发育分布及其与环境条件之间的关系,本文在蒋家沟泥石流堆积体上设计了野外现场试验,分析不同工况下床面结构的形成、河床演变机理及人工建设床面结构所带来的后果。结果表明,达到动力平衡时,河道中发育的床面结构越强,消耗水流能量越多,从而稳定维持的纵坡降越大,因此在一定程度上决定了河道纵剖面。自然发育的床面结构受到运行工况的控制,即不同工况决定了不同的床面结构分布。此外人工结构能起到和天然结构相同的作用,即消耗能量、延缓下切,改变演变方向等,因此能够用于山区河流治理。

关键词：山区河流床面结构坡降野外现场试验

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东江沙卵石河床浅滩-深潭序列水沙演变特征

水科学进展 2022年第1期33卷 111-122页

作者：顾继一陆永军刘怀湘谭寓宁黄廷杰段光磊南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 长江水利委员会水文局荆江水文与水资源勘测局湖北荆州434000

东江是珠三角网河区入汇河流之一,属少沙河流,其上游浅滩-深潭序列密集分布,河床结构的演变特性尚不清晰。选取东江浅滩-深潭序列河段进行现场河床质与推移质测量,结合试验得到不同流量和坡降中水流与河床在无上游来沙补给中的互馈机理... 详细信息

东江是珠三角网河区入汇河流之一,属少沙河流,其上游浅滩-深潭序列密集分布,河床结构的演变特性尚不清晰。选取东江浅滩-深潭序列河段进行现场河床质与推移质测量,结合试验得到不同流量和坡降中水流与河床在无上游来沙补给中的互馈机理。试验结果表明:浅滩与深潭交替造成沿程平均流速不连续变化,浅滩中部在洪水流量的塑造下容易产生紊动能峰值。无上游来沙条件下,序列中粗化层的形成、破坏过程交替与循环发生,其中静态分选是主导因素且导致沿程级配不连续。流量与坡降的增大促进浅滩-深潭序列发育,同时使得深潭与浅滩的纵向长度缩短;有上游来沙条件下推移质输沙率增大,无来沙条件下输沙率减小。

关键词：水沙演变浅滩-深潭序列上游来沙级配不连续泥沙输移东江

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河网形态与环境条件的关系

清华大学学报（自然科学版） 2008年第9期48卷 1408-1412页

作者：刘怀湘王兆印清华大学水利水电工程系北京100084

在不同自然环境和地质构造的影响下,产生了不同的河网发育模式,从而形成各种河网形态。为了探讨环境条件与河网形态的关系,该文对卫星图片加以分析,以平面拓扑特征为依据划分了3种典型河网形态:羽状河网、叶状河网和枝状河网,并对这3种... 详细信息

在不同自然环境和地质构造的影响下,产生了不同的河网发育模式,从而形成各种河网形态。为了探讨环境条件与河网形态的关系,该文对卫星图片加以分析,以平面拓扑特征为依据划分了3种典型河网形态:羽状河网、叶状河网和枝状河网,并对这3种典型河网形态的Horton比和流域外型参数进行了统计。结果表明,对于不同的大型河网,其分支比、长度比、面积比分别趋向于定值,与环境条件无关,而不同小流域Horton比差异巨大,由此得出了Horton比可以反映小尺度上环境条件所产生影响的结论。

关键词：河网形态 Horton定律分支比长度比面积比

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典型河网形态特征与分布

水利学报 2007年第11期38卷 1354-1357页

作者：刘怀湘王兆印清华大学水利水电工程系北京100084

河流网络系统是地表流水地貌的重要组成部分,具有开放性、随机性、自相似性等特点。不同地区具有其独特的自然环境条件,从而形成了各种外观上迥然不同的河网形态。本文以卫星地图上的平面拓扑结构为依据,划分了3种典型河网形态:羽状河... 详细信息

河流网络系统是地表流水地貌的重要组成部分,具有开放性、随机性、自相似性等特点。不同地区具有其独特的自然环境条件,从而形成了各种外观上迥然不同的河网形态。本文以卫星地图上的平面拓扑结构为依据,划分了3种典型河网形态:羽状河网、叶状河网和枝状河网,并在Horton定律的基础上对这3种典型河网形态的平均Horton比和流域外型参数进行了定量统计分析。此外,进行了中国大陆范围内各种典型河网形态的分布研究,从而探讨了影响河网形态产生的环境条件。

关键词：河网形态 Horton定律分支比长度比面积比

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山区河流河床结构的发育分布

清华大学学报（自然科学版） 2010年第6期50卷 857-860页

作者：刘怀湘王兆印于思洋清华大学水利水电工程系北京100084 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210029

开发了一种精确定量描述方法,用于描述山区河流的河床结构的发育分布及环境条件的影响。运用自行设计的床面形态测量排,测量了众多的河床结构。运用包含推移质在内的统一耗能模型,对测量统计结果进行分析,描述了河床运移。结果表明:在... 详细信息

开发了一种精确定量描述方法,用于描述山区河流的河床结构的发育分布及环境条件的影响。运用自行设计的床面形态测量排,测量了众多的河床结构。运用包含推移质在内的统一耗能模型,对测量统计结果进行分析,描述了河床运移。结果表明:在动力平衡条件下,河床结构强度值与单位宽度水流能量成正比。河床结构强度的沿程分布主要与水力条件相关。若河道中河床结构不足以消耗水流能量,则河流动力不平衡,多余的能量将侵蚀冲刷床面。

关键词：山区河流河床结构水流能量动力平衡侵蚀推移质

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河床结构对堰塞坝稳定性的影响研究

水力发电学报 2011年第3期30卷 98-103页

作者：刘怀湘王兆印刘乐南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210029 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

崩塌滑坡等地质灾害可能在河流上形成堰塞坝。堰塞坝的稳定性决定其溃决风险,因而关系到下游众多人口的生命财产安全。本文通过在四川"5.12"震区大量的野外考察与实测工作,分析了堰塞坝泄洪道中河床结构对堰塞坝稳定性的影响。经统计发... 详细信息

崩塌滑坡等地质灾害可能在河流上形成堰塞坝。堰塞坝的稳定性决定其溃决风险,因而关系到下游众多人口的生命财产安全。本文通过在四川"5.12"震区大量的野外考察与实测工作,分析了堰塞坝泄洪道中河床结构对堰塞坝稳定性的影响。经统计发现,震区堰塞坝的泄洪道中常常发育一定的河床结构,使得结构强度Sp值上升,抵御水流侵蚀,改变了河流纵剖面等地貌特征。堰塞坝的保留坝高比与Sp值有明显的正相关关系。而粗颗粒成分比重较大的堰塞坝,形成的河床结构强度Sp值也往往较大。因此,可以根据坝体级配近似推测河床结构的发育,进而得出保存比例,并以此来评价堰塞坝稳定性。

关键词：河流泥沙工程学堰塞坝稳定性河床结构结构强度保留坝高比

汶川地震引发的山地灾害以及堰塞湖的管理方略

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水利学报 2010年第7期40卷 757-763页

作者：王兆印崔鹏刘怀湘清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 中国科学院成都山地灾害与环境研究所四川成都610041

汶川地震触发了大规模的崩塌与滑坡等山地灾害,形成众多堰塞湖。为分析其风险与应对措施,本文通过野外考察、卫星影像与数据分析等方法,研究了灾后堆积体与堰塞湖的稳定性,以及它们与下切性河流之间的关系。结果显示,山地灾害在不同程... 详细信息

汶川地震触发了大规模的崩塌与滑坡等山地灾害,形成众多堰塞湖。为分析其风险与应对措施,本文通过野外考察、卫星影像与数据分析等方法,研究了灾后堆积体与堰塞湖的稳定性,以及它们与下切性河流之间的关系。结果显示,山地灾害在不同程度上释放了潜在势能,其中滑坡释放能量最大,因此滑坡堆积体的稳定性较好,而崩塌堆积体稳定性较差。从长期治理角度看,若能控制河床下切则可避免部分灾害的产生。堰塞湖管理方略包括两种:对于风险高的堰塞湖应以拆除为主,而对于风险很小的堰塞湖则应予以保留。震区大部分河流处于不稳定的下切拓宽阶段。保留堰塞湖可以加大河床阻力,使河流提前达到平衡,降低未来地震中山地灾害发生的风险。

关键词：汶川地震崩塌滑坡堰塞湖河流下切管理方略