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基于等值面体的三维涡旋数量与形状特征研究

力学学报 2024年第1期56卷 70-78页

作者：陈槐张磊王乃茹朱立俊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 中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室北京100038

涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角... 详细信息

涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角形相交快速检测算法提取涡旋多边形,研究不同等值面体阈值及壁面距离条件下,涡旋数量与形状特征(圆度、半径、凸状及纵横比因子)的变化规律.以对数区内涡旋为例:随着阈值的增加,涡旋密度呈对数律快速递减,圆度和半径因子概率密度函数(PDF)变高耸,圆度均值快速递增后保持不变而半径均值不断递减,纵横比因子PDF未显著改变且均值基本不变,凸状因子PDF向脉冲函数靠近,说明阈值增大导致涡旋逐渐变少、变圆、变小并更饱满.在同一阈值下,随着壁面距离的增加,涡旋密度在外区(除靠近水面区域外)也呈对数律递减,圆度、纵横比及凸状因子先快速增加随后不变或缓慢增长,半径因子快速递减后保持不变,说明涡旋在远离壁面的过程中在不断破灭但形态却较为稳定.

关键词：等值面体涡旋数量形状因子阈值壁面距离

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基于多源遥感解译的洞庭湖区自然湖岸线演变过程研究

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湖泊科学 2024年第5期36卷 1537-1549页

作者：白宽宽李志威张鹏王在艾赵文刚鲁瀚友武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 湖南省水利水电科学研究院长沙410007

伴随泥沙淤积、水库运行、湖区围垦、岸线侵占和破坏等自然和人为因素的影响,洞庭湖区湖岸线已发生显著的改变,但是目前仍缺少遥感解译揭示其演变过程。利用1986-2022年多源遥感影像,通过归一化差异植被指数、最大值合成法以及大津法和... 详细信息

伴随泥沙淤积、水库运行、湖区围垦、岸线侵占和破坏等自然和人为因素的影响,洞庭湖区湖岸线已发生显著的改变,但是目前仍缺少遥感解译揭示其演变过程。利用1986-2022年多源遥感影像,通过归一化差异植被指数、最大值合成法以及大津法和目视解译相结合的阈值划分方法,识别并提取东洞庭湖、南洞庭湖和目平湖的植被带范围,进而分析洞庭湖区湖岸线的演变规律。通过栅格计算得到湖泊每年(相比于上年)植被带扩张和萎缩的面积,以及1986、1990、2000、2010和2020年植被带变化的空间分布。结果表明,洞庭湖区自然湖岸线呈现普遍扩张的趋势,并且不同位置在不同时期扩张和萎缩面积的占比不尽相同。东洞庭湖、南洞庭湖和目平湖的自然岸线所围水域面积分别缩减144.84、191.42和80.48 km~2,缩减率分别为27.83%、39.20%和48.26%。藕池河东支尾闾汇入东洞庭湖内,通过数字岸线分析系统对其自然岸线进行统计分析,结果表明:藕池河东支尾闾的自然岸线平均每年扩张距离为45 m,净岸线移动最大和最小距离分别为3281和386.93 m,线性回归的决定系数为0.68。总体而言,泥沙冲淤和水位变化是洞庭湖自然岸线变化的主要原因,人类采砂活动在局部区域造成了洞庭湖自然岸线的萎缩。

关键词：洞庭湖湖岸线植被带扩张萎缩岸线演变主控因子

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金沙江下游三堆子河段卵石推移质输沙率公式研究

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水利学报 2024年第1期55卷 35-47页

作者：冯志毅邓安军秦蕾蕾吕瑞茹中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100048 中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室北京100048 中国三峡建工(集团)有限公司四川成都610041

金沙江上中游梯级水库运用后,进入下游的悬移质输沙量大幅减少,水沙条件显著变化;同时,卵石推移质输沙量在总输沙量中的比重明显增加,对水库淤积进程影响显著,开展变化水沙条件下金沙江下游卵石推移质输移规律研究具有重要意义。基于下... 详细信息

金沙江上中游梯级水库运用后,进入下游的悬移质输沙量大幅减少,水沙条件显著变化;同时,卵石推移质输沙量在总输沙量中的比重明显增加,对水库淤积进程影响显著,开展变化水沙条件下金沙江下游卵石推移质输移规律研究具有重要意义。基于下游入口三堆子水文站2008—2021年卵石推移质实测资料,对经典起动流速公式和推移质输沙率公式进行了检验与修正。结果表明:与经典起动流速公式计算结果相比,通过引入以卵石粒径为变量的系数,所得到的不同粒径范围的卵石推移质起动流速修正公式,计算精度显著提高;经典推移质输沙公式的计算结果在输沙强度较低时与实测值偏差很大,通过建立输沙强度与水流强度的关系,并引入隐暴参数对公式进行修正,明显提升了其在低输沙率情况下的计算精度。修正后的起动流速公式和推移质输沙率公式能更有效地反映三堆子河段卵石推移质的输移规律。

关键词：金沙江下游梯级水库卵石推移质起动流速推移质输沙率

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暴雨条件下黄土高原荞麦地的沟蚀特征——以陕西省定边县为例

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水土保持研究 2024年第5期31卷 1-8,17页

作者：刘焕永杜鹏飞赵莹陈吟中国水利水电科学研究院国际泥沙研究培训中心北京100048

[目的]探究暴雨条件下黄土高原荞麦地的侵蚀特征,分析影响荞麦地沟蚀的可能影响因素,为黄土高原坡耕地的治理提供参考依据。[方法]以陕西定边2022年7月10日暴雨事件为例,采用遥感和实地测量相结合的方法,分析了荞麦地的沟蚀特征,探讨了... 详细信息

[目的]探究暴雨条件下黄土高原荞麦地的侵蚀特征,分析影响荞麦地沟蚀的可能影响因素,为黄土高原坡耕地的治理提供参考依据。[方法]以陕西定边2022年7月10日暴雨事件为例,采用遥感和实地测量相结合的方法,分析了荞麦地的沟蚀特征,探讨了影响荞麦地的主要因素。[结果](1)暴雨条件下的荞麦地侵蚀沟沟头多从与其他地类交接处发育。(2)细沟平均宽度和平均深度范围分别为5.2~29.5 cm和2~19.6 cm,宽深比和沟密度分别介于0.88~3.782 m/m^(2),0.028~1.56 m/m^(2),细沟侵蚀强度最大为20 294.66 t/km^(2)。(3)浅沟平均宽度和平均深度范围分别为37.3~173 cm和8~30.7 cm,宽深比和沟密度分别介于2.161~18.750 m/m^(2),0.003~0.142 m/m^(2),浅沟侵蚀强度最大为31 629.83 t/km^(2)。(4)荞麦地沟蚀过程同时受到坡度、坡长、上方汇水面积以及相邻地块措施因素的影响。[结论]与草地、覆膜玉米地等其他地类相比,暴雨条件下荞麦坡耕地沟蚀土壤侵蚀较为严重,达到了剧烈侵蚀强度。

关键词：沟蚀荞麦地暴雨黄土高原坡耕地

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水库运用对金沙江下游水沙变化的影响

湖泊科学 2024年

作者：张国帅邓安军张帮稳冯志毅吕瑞茹中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室

大型水库运用后，金沙江下游水沙时空分布发生重大变化。本文基于金沙江下游干支流水沙观测资料，分析了下游流域水沙时空分布特性。1954—2021年，金沙江下游径流主要来源为金沙江中游及雅砻江，两者年均径流量为1150.73亿m3，占总来... 详细信息

大型水库运用后，金沙江下游水沙时空分布发生重大变化。本文基于金沙江下游干支流水沙观测资料，分析了下游流域水沙时空分布特性。1954—2021年，金沙江下游径流主要来源为金沙江中游及雅砻江，两者年均径流量为1150.73亿m3，占总来水量的80.75%；年输沙量主要来自下游区间，其年均来沙量为9943.17万t，占总输沙量的48.12%。运用MK突变检验、R/S分析以及双累积曲线法，分析水库运用对金沙江下游水沙变化趋势的影响，结果表明：1954—2021年金沙江下游水库运用对年径流量变化趋势无明显影响，而对流域年输沙量影响显著。金沙江下游出口水沙关系在1998、2010及2012年发生突变，主要原因为雅砻江、金沙江中游、下游干流上大型水库的拦沙运用，导致下游出口含沙量由1.82kg/m3逐步降低为1.31、0.86、0.01 kg/m3。利用金沙江下游干支流水沙关系及沙量平衡原理，分别计算局部区间水库拦沙对流域总减沙量的贡献度。1998—2009年二滩水电站建成运行，金沙江下游出口总减沙率为35.16%，雅砻江水库拦沙对下游总减沙贡献度为32.88%;2010—2012年金安桥等中游水电站运行后，下游出口总减沙率为51.43%，金沙江中游、雅砻江、三堆子至白鹤滩区间和白鹤滩至向家坝区间对下游总减沙贡献度分别为21.54%、23.10%、30.67%、24.69%;2013—2021年金沙江下游梯级水库运行后，下游出口总减沙率为99.37%，四个区间对来沙量减少的贡献度分别为19.64%、14.72%、12.34%、53.30%。

关键词：金沙江下游水沙变化趋势水沙关系减沙贡献度

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不同等容粒径的泥沙暴露规律研究

泥沙研究 2024年第5期 9-16页

作者：刘飞谷蕾蕾刘春晶中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室

采用概化模型试验对等容粒径的泥沙暴露规律进行初步研究，获得了500组试验数据，试验结果表明：当配比等容粒径的两组均匀沙粒径相差较大，且等容后泥沙粒径与较细均匀沙粒径接近时，床面不同高程的细沙暴露个数远多于粗沙暴露个数，... 详细信息

采用概化模型试验对等容粒径的泥沙暴露规律进行初步研究，获得了500组试验数据，试验结果表明：当配比等容粒径的两组均匀沙粒径相差较大，且等容后泥沙粒径与较细均匀沙粒径接近时，床面不同高程的细沙暴露个数远多于粗沙暴露个数，且细沙暴露个数增加幅度比较均匀，粗沙暴露个数增加幅度迅速减小，其等容泥沙在床面表层的暴露个数明显多于表层以下；当配比等容粒径的两组均匀沙粒径相差较大，且等容后泥沙粒径与较粗均匀沙的粒径接近时，虽然细沙暴露的个数可能比粗沙少，但其暴露颗粒数的增加幅度比粗沙大，其等容后泥沙在床面表层的暴露个数多于表层以下；当配比等容粒径的两组均匀沙的粒径相差较小，且等容后泥沙粒径与两组沙的粒径均接近时，细沙暴露颗粒数的增加幅度与粗沙相当，其等容后泥沙在床面表层的暴露个数与表层以下相当。以上试验结果与天然卵石河床表层泥沙等容后的暴露个数多于深层的普遍现象相吻合。

关键词：等容粒径暴露度玻璃珠概化水槽试验

基于AI图像识别的床面形态特征参数和迁移速度分析

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水利学报 2024年

作者：张凌峰刘春晶曹文洪江肖鹏张宇中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室

床面形态特征和迁移速度是影响水流阻力和推移质泥沙输移的关键因素,对于分析河床演变趋势、河底生境系统和人类活动的影响具有重要意义。本文利用AI视觉大模型技术,从试验水槽侧壁获得了长时间、高时空分辨率的床面形态动态发展数据。... 详细信息

床面形态特征和迁移速度是影响水流阻力和推移质泥沙输移的关键因素,对于分析河床演变趋势、河底生境系统和人类活动的影响具有重要意义。本文利用AI视觉大模型技术,从试验水槽侧壁获得了长时间、高时空分辨率的床面形态动态发展数据。采用改进的床面形态量化方法和迁移速度计算方法,提取了9种工况下的床形特征参数和迁移速度。结果表明:在动态平衡状态下,床面形态特征参数和迁移速度仍存在显著的随机波动,其中迁移速度的波动性和变异性较高,床面形态的平均迁移速度随泥沙运动强度和推移质运动强度的增加呈幂函数型增长,相对波高、陡度与泥沙运动强度符合抛物线关系;约95%的背流面角度集中在10°～30°,与陡度呈线性关系;床面形态和迁移速度均呈现明显的右偏分布且具有拖尾特征,其中波高、波长符合Birnbaum-Saunders分布,其他床面形态特征和迁移速度遵循伽马分布。

关键词：床面形态 AI图像识别沙波迁移速度泥沙运动强度

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金沙江下游水库拦沙效应研究

泥沙研究 2024年第5期 50-57页

作者：张国帅邓安军陈建国冯志毅中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室

随着众多水库建成运用，水库拦沙成为了金沙江下游减沙的主要原因。1956—2021年金沙江干流及下游支流共修建10万m3以上的水库504座，总库容为687.63亿m3。水库运用后，金沙江下游年径流量不存在明显变化，而年输沙量显著减小。金沙江... 详细信息

随着众多水库建成运用，水库拦沙成为了金沙江下游减沙的主要原因。1956—2021年金沙江干流及下游支流共修建10万m3以上的水库504座，总库容为687.63亿m3。水库运用后，金沙江下游年径流量不存在明显变化，而年输沙量显著减小。金沙江下游出口含沙量在1998年、2013年以后大幅减小，1956—1997年平均含沙量为1.75 kg/m3,1998—2012年平均含沙量减小为1.22 kg/m3,2013—2021年平均含沙量减小为0.01 kg/m3。采用双累积曲线法及水库拦沙率公式，分析水库拦沙与水土保持工程对金沙江下游减沙贡献度，结果表明：金沙江下游减沙主要由水库拦沙造成，其中1998—2012年金沙江下游年均减沙0.97亿t,水库拦沙的减沙贡献度为0.67,水土保持工程等措施的减沙贡献度为0.33;2013—2021年下游年均减沙2.43亿t,水库拦沙贡献度为0.97,水土保持工程等措施减沙贡献度为0.03。

关键词：金沙江下游水库分布拦沙效应水沙变化

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北方主要河流水沙变异及其成因

中国水利水电科学研究院学报（中英文） 2024年第4期22卷 333-341,396页

作者：王延贵刘焕永陈吟中国水利水电科学研究院北京100048 国际泥沙研究培训中心北京100048

为研究我国北方河流的水沙变异及主要成因,本文利用M-K检验法和水文量累积曲线法,分析了1950—2020年我国北方河流代表站径流量和输沙量的变化特征,探讨了影响北方河流水沙变化的主要因素。结果表明,淮河代表站年径流量没有明显的变化趋... 详细信息

为研究我国北方河流的水沙变异及主要成因,本文利用M-K检验法和水文量累积曲线法,分析了1950—2020年我国北方河流代表站径流量和输沙量的变化特征,探讨了影响北方河流水沙变化的主要因素。结果表明,淮河代表站年径流量没有明显的变化趋势,其他北方河流的年径流量具有减小或显著减小趋势;松花江代表站年输沙量无趋势变化,其他北方河流代表站年输沙量都有显著减少趋势;影响北方河流水沙变化的主要因素包括水土保持、水库拦沙、流域降水变化、引水引沙与泥沙综合利用、工程建设等,其中水土保持是北方河流流域保水减沙的主要措施,水库拦沙在江河水沙态势变异中发挥重要作用,流域降水变化也是北方河流水沙变异的影响因素,引水引沙与泥沙综合利用也对北方平原河流水沙变化发挥一定的作用。

关键词：北方河流水沙变化趋势分析主要影响因素人类活动

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