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阶梯-深潭系统消能机理的实验研究

水利学报 2014年第5期45卷 537-546页

阶梯-深潭系统能稳定河床、控制下切以及减小山洪泥石流灾害，其原因在于能高效消耗水流能量。通过野外实验，研究了不同流量下消能率变化规律，分析了水流沿阶梯-深潭能量转化过程，探讨了阶梯-深潭中能量的消耗机理。实验工况下（单... 详细信息

阶梯-深潭系统能稳定河床、控制下切以及减小山洪泥石流灾害，其原因在于能高效消耗水流能量。通过野外实验，研究了不同流量下消能率变化规律，分析了水流沿阶梯-深潭能量转化过程，探讨了阶梯-深潭中能量的消耗机理。实验工况下（单宽流量5~210 L/s）阶梯-深潭具有很高的消能率（64%~91%），按部位其消能可分为阶梯消能和深潭消能，推导得到的消能率计算公式计算值和实测数据符合较好。在不同流量下阶梯消能方式因水流形态的改变有所不同，深潭消能可分为3个区域：水跃主流区、主流区两侧的两个大尺度漩涡区和主流区与周围区域交界的区域，它们的消能方式各有不同。当流量较小时，阶梯-深潭系统消能主要由阶梯段完成。流量增加后，阶梯段消能所占比例减小，深潭消能作用增强。

关键词：阶梯-深潭系统消能机理能量转化消能率

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阶梯-深潭系统消能率试验研究

四川大学学报（工程科学版） 2013年第S2期45卷 61-65页

作者：李文哲王兆印李志威清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100048 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041

阶梯-深潭系统是高坡降河流上经常发育的一种河床结构,它能够形成阻力、极大的消耗水流能量,从而稳定河床。为了更加深入地了解阶梯-深潭系统的消能率变化规律和阶梯-深潭系统的优化设计,研究了阶梯-深潭系统在不同量级洪水下的消能率,... 详细信息

阶梯-深潭系统是高坡降河流上经常发育的一种河床结构,它能够形成阻力、极大的消耗水流能量,从而稳定河床。为了更加深入地了解阶梯-深潭系统的消能率变化规律和阶梯-深潭系统的优化设计,研究了阶梯-深潭系统在不同量级洪水下的消能率,并对构造的2种形式的阶梯-深潭系统在不同量级洪水下的消能率进行了对比分析。试验在云南省昆明市东川区蒋家沟内进行,试验沟道由泥石流堆积物上开挖而成,利用在沟道上游修建的水池来制造试验洪水,阶梯-深潭系统用直径0.3~0.5 m的大石块构造。试验采用了2种典型的阶梯-深潭系统构造形式,一种为单个阶梯加较深深潭的构造形式,一种为多级阶梯加较小深潭的构造形式。试验结果表明,阶梯-深潭系统消能率最高能达到90%以上。阶梯-深潭系统的消能率随着洪水量级的增大会减小。在各种工况下,第1种形式的阶梯-深潭系统消能率要高于第2种形式。研究为阶梯-深潭系统的优化设计提供了依据。

关键词：阶梯-深潭系统消能率试验洪水

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推移质输沙对阶梯-深潭系统消能的影响

水科学进展 2017年第3期28卷 338-345页

作者：李文哲李志威王兆印深圳市水务(集团)有限公司广东深圳518031 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 水利部黄河泥沙重点实验室河南郑州450003 长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410114

阶梯-深潭系统是山区河流上一种河床结构形态,具有稳定河床和消能减灾的作用。推移质运动会影响水流结构并改变河床形态,从而影响阶梯-深潭系统的消能效率。在野外构建阶梯-深潭系统,通过人工加沙试验,研究不同来水来沙对阶梯-深潭系统... 详细信息

阶梯-深潭系统是山区河流上一种河床结构形态,具有稳定河床和消能减灾的作用。推移质运动会影响水流结构并改变河床形态,从而影响阶梯-深潭系统的消能效率。在野外构建阶梯-深潭系统,通过人工加沙试验,研究不同来水来沙对阶梯-深潭系统流场及消能的影响。研究表明,推移质运动使阶梯上紊动略增强,深潭中紊动大为减弱,从而使阶梯-深潭系统消能率降低。推移质运动的增强改变水流能量分配,其消能附加作用使阶梯-深潭结构消能降低和深潭淤埋。

关键词：阶梯-深潭系统推移质输沙山区河流消能野外试验

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应用人工阶梯-深潭系统治理泥石流沟的尝试

长江流域资源与环境 2012年第4期21卷 501-505页

作者：张康王兆印贾艳红李志威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 华东师范大学资源与环境科学学院上海200062 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

泥石流的主要破坏性在于其能量巨大,输送大量物质造成生命财产损失,消耗泥石流的起动及运动能量能防止泥石流发生或使泥石流的破坏性大大降低,为泥石流治理提供了新的思路。通过在甘肃西汉水流域的泥石流支沟拦山沟进行人工阶梯-深潭系... 详细信息

泥石流的主要破坏性在于其能量巨大,输送大量物质造成生命财产损失,消耗泥石流的起动及运动能量能防止泥石流发生或使泥石流的破坏性大大降低,为泥石流治理提供了新的思路。通过在甘肃西汉水流域的泥石流支沟拦山沟进行人工阶梯-深潭系统试验,2009～2010年汛期观测发现阶梯-深潭系统能增强沟道阻力,抬高侵蚀基准面,从而控制侵蚀下切,且多级的阶梯-深潭系统通过跌水和水跃能有效消散水流能量,在一定程度上抑制了泥石流的起动和加速,使得泥石流在阶梯上游停留堆积,淤满的阶梯在河床纵剖面仍能保持阶梯形态,起到增强阻力消能的作用,减小了拦山沟泥石流对下游的破坏。消能结构对大坡度山区河流起重要作用,不论是人工消能结构还是自然消能结构,都能起到增阻消能的作用,对山区河流治理起到积极的作用。

关键词：泥石流阶梯-深潭系统控制下切消能山区河流

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山区河流河床结构对推移质输沙率的影响

天津大学学报 2012年第3期45卷 202-208页

作者：张康王兆印刘乐余国安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 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

河床结构是山区河流河床在洪水过程中达到较强阻力及较高河床稳定性时床面大颗粒的组合,对山区河流的推移质输沙起重要影响.引入河床结构强度Sp对山区河流河床结构进行定量化研究,使用河床结构测量设备对河床强度进行测量,采用类似于坑... 详细信息

河床结构是山区河流河床在洪水过程中达到较强阻力及较高河床稳定性时床面大颗粒的组合,对山区河流的推移质输沙起重要影响.引入河床结构强度Sp对山区河流河床结构进行定量化研究,使用河床结构测量设备对河床强度进行测量,采用类似于坑测法的子母双槽进行推移质输沙率实测,对云南小江流域的15条主要支流河床结构及推移质输沙进行野外实测,发现推移质输沙强度至少受单宽水流能量与河床结构发育程度共同影响,在同等级水流能量条件下,河床结构的发育程度越高的河流(或河段)其推移质输沙强度越小,河床强度值越小的河流(或河段)推移质输沙强度越大.单宽水流能量小于50 kg/(m.s)、河床结构强度大于0.35时,推移质输沙率接近零.

关键词：山区河流河床结构推移质输沙率水流能量阶梯-深潭系统

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阶梯-深潭的形成及作用机理

水利学报 2004年第10期35卷 48-55页

作者：徐江王兆印清华大学水利水电工程系北京100084

阶梯-深潭系统是山区河流中常见的河床微地貌现象。本文通过水槽实验,研究了在不同的水流流量、河床坡度、床沙级配和上游来沙率条件下,阶梯-深潭的形成过程。在此基础上探讨了阶梯-深潭的发育和作用机理。通过定义阶梯-深潭发育程度系... 详细信息

阶梯-深潭系统是山区河流中常见的河床微地貌现象。本文通过水槽实验,研究了在不同的水流流量、河床坡度、床沙级配和上游来沙率条件下,阶梯-深潭的形成过程。在此基础上探讨了阶梯-深潭的发育和作用机理。通过定义阶梯-深潭发育程度系数SP,结合水槽实验结果和天然阶梯-深潭河流的资料,总结阶梯-深潭的发育条件,得出了SP与河道坡度、床沙级配、上游来沙率之间的关系式,并分析了阶梯-深潭系统增加水流阻力,消减水流动能,稳定河床的作用。

关键词：阶梯-深潭系统阶梯-深潭发育程度水流阻力消能河床稳定性

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山区河流河床结构表征新方法

水科学进展 2018年第6期29卷 799-809页

作者：李志威颜旭潘保柱余国安王兆印长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410114 西安理工大学省部共建西北早区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环与地表过程重点实验室北京100101 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

山区河流的河床结构是来水来沙与河床相互作用的产物,对河床阻力及输沙率的计算具有重要意义。为更科学地表征河床结构的细节特征,采用2017年2次考察金沙江小江流域干支流7个河段的地形测量数据,提出河床结构表征的4个新量纲一数(凹凸... 详细信息

山区河流的河床结构是来水来沙与河床相互作用的产物,对河床阻力及输沙率的计算具有重要意义。为更科学地表征河床结构的细节特征,采用2017年2次考察金沙江小江流域干支流7个河段的地形测量数据,提出河床结构表征的4个新量纲一数(凹凸数、平均凹度、平均凸度和凹凸度)及其计算方法。新参数的计算原理简单而直观,能够从多角度表征河床结构发育程度及其形态特征,而且当河床结构发育程度较低时,凹凸度的表征结果更具有区分度。结果表明:新参数表征结果与前人单一参数的计算结果具有一致性;吊嘎河下游、陶家小河和清水沟的河床结构凹凸程度大,河床凸起"高凸",凹陷"深陡",河床阻力大,输沙率低;吊嘎河上游、小江、蒋家沟和蓝泥坪沟的河床结构凹凸程度小,河床凸起"低平",凹陷"浅缓",河床阻力小,输沙率大。

关键词：山区河流河床结构形态表征凹凸度阶梯-深潭系统小江流域

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西南山区河流河床结构及消能减灾机制

水利学报 2019年第1期50卷 124-134,154页

作者：王兆印张晨笛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

青藏高原的持续抬升导致青藏高原周边河流下切。河流下切造成河床河岸失稳,崩塌滑坡及泥石流等灾害频发。通过十余年野外调查和试验研究发现,崩塌滑坡泥石流堰塞河流形成的自然坝实际上是河流下切的负反馈的结果。自然坝稳定后控制河流... 详细信息

青藏高原的持续抬升导致青藏高原周边河流下切。河流下切造成河床河岸失稳,崩塌滑坡及泥石流等灾害频发。通过十余年野外调查和试验研究发现,崩塌滑坡泥石流堰塞河流形成的自然坝实际上是河流下切的负反馈的结果。自然坝稳定后控制河流下切,保持河流稳定并且改善生态。这样的功能主要来自于自然坝上发育的河床消能结构。本文总结了河床结构和自然坝消能减灾的机理,归纳以阶梯-深潭为代表的河床结构消能率的量化计算方法,并提出下切河流综合管理中能量概算的理念及基本思路。本文还介绍人工阶梯-深潭系统防治泥石流灾害的成功实践,强调人工模拟自然坝消能结构应用在防灾减灾领域的可行性及有效性。最后,以消能理念为基础,提出西南下切河流开发和管理中应建立"串糖葫芦"式中型坝群库坝体系,以实现水电开发、消能减灾和改善生态的综合目标。

关键词：自然坝河床结构消能减灾堰塞坝阶梯-深潭系统

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城市泥石流沟的治理启示——以深沟为例

地球科学进展 2011年第12期26卷 1269-1275页

作者：张康王兆印余国安韩鲁杰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 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

为研究典型工程措施在泥石流沟治理中的作用及影响,结合野外调查及历史资料,对云南东川城区的深沟泥石流治理进行总结:深沟在一系列坝系群建设和多年植树造林的治理下,发育了一定规模的阶梯—深潭系统,使沟道阻力明显增强(经测河床结构... 详细信息

为研究典型工程措施在泥石流沟治理中的作用及影响,结合野外调查及历史资料,对云南东川城区的深沟泥石流治理进行总结:深沟在一系列坝系群建设和多年植树造林的治理下,发育了一定规模的阶梯—深潭系统,使沟道阻力明显增强(经测河床结构强度Sp达0.3以上),消减了泥石流能量,并保护河床不被侵蚀下切,岸坡稳定;而另一方面林草生长能提高植被覆盖度,抑制坡面侵蚀,使产沙减少,有利于阶梯—深潭系统发育从而维持较好的河流生态,促进了林木生长,如此形成良性循环,使泥石流沟成为秀美的森林公园。应用人工坝系和阶梯—深潭系统的组合是防治泥石流改善生态景观的近自然治理方略,有利于河流长期稳定,为山区河流治理提供了新的探索模式。然而,过度的人工治理有可能破坏自然阶梯—深潭系统,导致河流生态景观的损失。

关键词：泥石流治理阶梯-深潭系统阻力山区河流