山区暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术研究构想与成果展望 被引量：24

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作者 刘超 聂锐华 +1 位作者 刘兴年 许唯临 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1-8,共8页

山洪灾害为全球重大自然灾害之一,21世纪全球因山洪灾害造成的经济损失已高达每年460多亿美元。中国山洪灾害防治区面积约占陆地面积的40%,山洪灾害造成的人员死亡约占洪涝灾害死亡人数的70%。近年来,中国全面开展山洪灾害防治项目建设... 山洪灾害为全球重大自然灾害之一,21世纪全球因山洪灾害造成的经济损失已高达每年460多亿美元。中国山洪灾害防治区面积约占陆地面积的40%,山洪灾害造成的人员死亡约占洪涝灾害死亡人数的70%。近年来,中国全面开展山洪灾害防治项目建设,目前已基本建成了专群结合的山洪灾害防治体系,山洪灾害监测预警技术水平明显提升。山区暴雨山洪灾害实例表明,重大人员伤亡与重大财产损失的山洪灾害事件往往源于洪水和泥沙的共同作用,然而,以往在进行山洪灾害防治时,大多仅关注洪水的作用,忽视了洪水和泥沙共同作用将显著增大山洪灾害的致灾风险,甚至出现“小洪水大灾害”。为了进一步提高山洪灾害防控能力,完善山洪灾害防御体系,亟需深入研究暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术。“山区暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术研究与示范”项目,以洪水和泥沙共同作用为切入点,凝练了4个需攻克的关键科学技术问题:1)山区暴雨作用下流域产流产沙异变机制、水沙过程与沟床剧变耦合致灾机制;2)山区暴雨山洪水沙灾害早期识别与致灾要素一体化智能监测技术;3)山区暴雨山洪水沙运动过程模拟与快速预报技术;4)基于山洪水沙灾害动力过程的灾害风险动态评估与预警防控技术。围绕关键科学技术问题的内涵,提出5个需开展的重点研究内容:1)山区暴雨产流产沙过程与水沙耦合致灾机制研究;2)山区暴雨山洪水沙灾害早期识别与智能监测技术;3)山区暴雨山洪水沙运动过程模拟与快速预报技术;4)山区暴雨山洪水沙灾害风险动态评估与预警技术;5)山区暴雨山洪水沙灾害预报预警防控平台构建与示范。研究成果将揭示山区暴雨产流产沙过程与水沙耦合致灾机制,提出山区暴雨山洪水沙灾害早期识别方法、山区暴雨山洪水沙灾害智能监测技术体系、山� 展开更多

关键词 山洪灾害 山洪水沙灾害 暴雨洪水 监测预警 泥沙补给 风险评估

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泥沙补给突变下的山洪灾害研究构想和成果展望 被引量：16

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作者 王协康 刘兴年 周家文 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1-10,共10页

全球山地面积占陆地面积的30%,每年有超过5 000人死于山洪灾害。中国山洪灾害防治区面积占陆地面积的48%,居住人口占全国人口的44.2%。2000年以来,中国每年约1 000人因山洪灾害死亡,山洪灾害死亡人数占洪涝灾害死亡人数的70%左右。山地... 全球山地面积占陆地面积的30%,每年有超过5 000人死于山洪灾害。中国山洪灾害防治区面积占陆地面积的48%,居住人口占全国人口的44.2%。2000年以来,中国每年约1 000人因山洪灾害死亡,山洪灾害死亡人数占洪涝灾害死亡人数的70%左右。山地区域地形险峻,地表破碎,表层风化层厚,局地暴雨频发,洪水陡涨猛落,沟床冲淤调整剧烈,山洪水沙运动耦合致灾突出。山洪灾害防治已成为中国工农业、能源、交通、国防安全等国家重大工程基础建设、区域社会经济发展和人民生命财产安全面临的突出难题,暴雨山洪灾害研究仍是中国当前防洪减灾工作的重点和难点。面对严峻的山洪水沙灾害风险形势,传统忽略泥沙运动影响的防灾理论与技术难以解决山洪水沙耦合致灾问题,无法满足目前重大山洪水沙灾害防治的实际需求,突出表现为泥沙补给突变对重大山洪灾害的成灾效应认识不够、山洪水沙运动耦合成灾区识别不清、山洪水沙灾害防治技术针对性不强、山洪水沙运动防灾减灾的区域联动性考虑不全等。因此,急需通过系统梳理暴雨山洪水沙运动规律,实现山洪水沙耦合成灾理论创新,提出重大山洪水沙灾害的源头治理和区域全面防范的有效措施,显著提高中国山洪水沙灾害防治技术水平,为保障国家重大工程安全和人民生命财产安全提供理论基础和技术支撑。长期以来的暴雨山洪灾害预报预警理论及防治技术研究多以降雨径流水位分析为主,以临界降雨/水位阈值条件为判据,较少涉及泥沙补给突变引发的沟床剧烈调整致灾机制,而大量的暴雨山洪灾害现场表明泥沙补给与洪水的耦合作用是重大山洪灾害的关键源动力。“泥沙补给突变下的山洪灾害研究”项目以山区暴雨山洪灾害现场调查与灾害试验反演模拟为基础,采用水文学、土力学、水力学及河流动力学� 展开更多

关键词 山区流域 暴雨洪水 泥沙补给 山洪灾害 成灾机理

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地震作用下松散体变形过程及堆积形态的数值模拟 被引量：5

3

作者 雷明 许泽星 +1 位作者 刘兴年 王协康 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期240-246,共7页

山区流域地表及沟床表层常富集大量由宽级配卵砾石所组成的松散堆积物,在地震及其次生灾害的作用下,大量松散碎屑物质会以崩塌、滑坡、泥石流等形式进入山区河道,进而改变河流的泥沙补给条件。为了研究地震荷载对于松散体变形过程和运... 山区流域地表及沟床表层常富集大量由宽级配卵砾石所组成的松散堆积物,在地震及其次生灾害的作用下,大量松散碎屑物质会以崩塌、滑坡、泥石流等形式进入山区河道,进而改变河流的泥沙补给条件。为了研究地震荷载对于松散体变形过程和运动特点的影响,基于3维颗粒离散单元法对不同地震荷载作用下的松散体的运动过程进行了数值模拟,重点分析与讨论了地震波频率、振幅的变化对于松散体运动及变形特点的影响。计算结果表明:松散体的运动过程由起动加速、高速运动以及减速堆积3个阶段所组成;在颗粒运动过程中,颗粒的粒径越小,颗粒的运动速度越慢;颗粒进入河道后粒径较大的颗粒堆积在表面前段,而粒径较小的颗粒位于堆积体的下后部。地震荷载的作用可以大幅度地减小单元接触数量,颗粒越稀疏,颗粒间的相互碰撞越少,颗粒具有的能量越大,这会导致松散体的运动速度和运动距离均有显著提高,并且地震波的频率越低、振幅越大,颗粒的运动速度与运动距离越大,这会使得原本未进入河道的松散堆积物质进入河道,由此导致山区河流的泥沙补给质量明显增大。由此可见,地震对于山区河流的泥沙补给条件具有重要的影响,为深入研究震后山洪泥沙灾害频发致灾提供了理论依据。 展开更多

关键词 地震 松散体 碰撞接触 离散单元法 数值模拟

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乔庄河下游段裁弯取直工程数值模拟分析

4

作者 张涌 刘兴年 +1 位作者 陈日东 沈焕荣 《水利规划与设计》 2024年第4期113-118,146,共7页

山区河流的裁弯取直可畅泄水流,降低上游水位,提高上游防洪能力,但由于山区河流坡陡水急,需进行消能优化,降低下游的防洪风险。文章以乔庄河裁弯取直工程为例,基于实测资料建立二维数学模型,分析20年一遇洪水不同方案裁弯工程前后平面... 山区河流的裁弯取直可畅泄水流,降低上游水位,提高上游防洪能力,但由于山区河流坡陡水急,需进行消能优化,降低下游的防洪风险。文章以乔庄河裁弯取直工程为例,基于实测资料建立二维数学模型,分析20年一遇洪水不同方案裁弯工程前后平面流场特征和流速分布,得出推荐方案。结果表明,工程实施后河道比降增大,流速增大,河道整体水位降低。推荐方案采用2m-2m-1m的三级潜坝方案,该方案在工程出口处的水流经过充分消能降低流速,出流平顺,增大行洪面积。研究成果可为山区河流的裁弯工程设计及应用提供参考。 展开更多

关键词 裁弯取直 河道治理 数值模拟 水流特性 消能

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植被对坡面汇流时间影响的试验研究 被引量：3

5

作者 彭清娥 刘兴年 +2 位作者 黄尔 杨克君 赵明辉 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期185-192,共8页

引发暴雨山洪的主要因素除大气降水特性以外还与下垫面森林植被状况有着密切的关系,流域植被对坡面汇流时间有着直接的影响。目前应用最为广泛的坡面汇流时间公式,以坡面长度、综合糙率、有效降雨强度及坡度的恒定指数形式表征其对汇流... 引发暴雨山洪的主要因素除大气降水特性以外还与下垫面森林植被状况有着密切的关系,流域植被对坡面汇流时间有着直接的影响。目前应用最为广泛的坡面汇流时间公式,以坡面长度、综合糙率、有效降雨强度及坡度的恒定指数形式表征其对汇流时间的影响,而植被对汇流时间的影响是隐含在综合糙率之中,从而无法直接利用有关植被的高精度遥感资料。本研究基于不同下垫面情况下不同坡度、不同雨强的坡面汇流系列试验,深入分析植被对坡面汇流时间的影响,引入植被覆盖度因子,结合统计分析方法,建立植被与坡面汇流时间的关系。研究结果表明:植被的种类(草或灌木)对坡面汇流时间影响存在一定差异,草植被下的坡面汇流时间大于相应条件灌木植被下的坡面汇流时间;植被覆盖度(草或灌木)对坡面汇流时间存在显著影响,坡面汇流时间随植被覆盖度的增大出现明显的增加;降雨强度、坡度对坡面汇流时间的影响也较为显著,坡面汇流时间随雨强及坡度的增大而出现明显的减小;草及灌木植被覆盖度指数随坡度及雨强变化规律基本相似,总体上草植被覆盖度指数略大于灌木植被覆盖度指数。随着雨强增大,植被覆盖度指数减小趋势较为明显;随着坡度变缓,植被覆盖度指数有所增大。本研究将植被因子从综合糙率中剥离出来,便于融合植被遥感数据,从而提高坡面汇流时间的计算精度。 展开更多

关键词 植被种类 植被覆盖度指数 坡面汇流时间 人工模拟降雨

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山区流域强降雨情况产流模式研究——以涪江平通河流域为例 被引量：3

6

作者 彭清娥 刘兴年 +1 位作者 黄尔 杨克君 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期123-129,共7页

山区流域极端强降雨导致的山洪灾害频发,造成生命损失和经济活动的巨大破坏。科学的认识这类极端天气下灾害的发生、发展过程,对实现灾害监测和风险管理十分重要。山洪过程的模拟是认识这一灾害的重要科学手段,而模型计算精度是山洪模... 山区流域极端强降雨导致的山洪灾害频发,造成生命损失和经济活动的巨大破坏。科学的认识这类极端天气下灾害的发生、发展过程,对实现灾害监测和风险管理十分重要。山洪过程的模拟是认识这一灾害的重要科学手段,而模型计算精度是山洪模拟的关键。将超渗、蓄满产流模型与运动波地貌瞬时单位线水文模型(简称KW–GIUH模型)进行融合,优选出适合山区流域强降雨情况下的产流模式,从而提高山洪过程的模拟精度。以典型山区流域涪江一级支流平通河为研究对象,选取了两场次历史强降雨过程进行模拟。研究结果表明:无论超渗或蓄满产流模型与KW–GIUH模型进行融合后,其模拟精度比KW–GIUH模型所模拟的径流过程更接近实际情况;而先超渗后蓄满的混合产流模式较单一的超渗或蓄满产流模式模拟效果更优。适合山区流域强降雨情况下的产流模式为先超渗后蓄满的混合产流模式,其中产流模式的转变出现在第一次连续降雨基本结束之时,即在第一次洪峰之前基本以超渗产流为主,随后的产流方式以蓄满产流为主。 展开更多

关键词 山区流域 强降雨 产流模式 KW–GIUH模型

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堆石矮堰清水冲刷历时发展特性 被引量：2

7

作者 张文 王路 +2 位作者 杨克君 刘兴年 聂锐华 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期648-658,共11页

堆石矮堰是常用的“生态友好型”河道整治建筑物。水流经过堆石矮堰会在其周围产生冲刷,威胁其结构安全。为了提高堆石矮堰清水冲刷尺度的预测精度,基于室内水槽试验研究了堆石矮堰清水冲刷的历时发展特性,分析了水流强度、矮堰淹没度... 堆石矮堰是常用的“生态友好型”河道整治建筑物。水流经过堆石矮堰会在其周围产生冲刷,威胁其结构安全。为了提高堆石矮堰清水冲刷尺度的预测精度,基于室内水槽试验研究了堆石矮堰清水冲刷的历时发展特性,分析了水流强度、矮堰淹没度和矮堰透水性对冲刷尺度发展过程的影响。结果表明:清水冲刷条件下,堆石矮堰下游冲刷坑在试验初期发展迅速,随后逐渐变缓;在冲刷发展的任一时刻,冲刷深度和冲刷长度随水流强度的增大而增加,随矮堰淹没度的增大而减少,矮堰透水性的增大使冲刷长度增加,使冲刷深度减少;随着冲刷的发展,冲刷坑纵剖面形态逐渐收敛,其面积与冲刷深度和冲刷长度的乘积线性正相关。基于理论分析和试验数据,提出了堆石矮堰历时清水冲刷深度、长度、体积的计算公式,可用于指导堆石矮堰冲刷设计。 展开更多

关键词 河流修复 堆石矮堰 清水冲刷 历时发展

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陡坡河道中淤积高度对水位变化影响试验研究 被引量：2

8

作者 钟益华 马旭东 +2 位作者 聂锐华 刘兴年 郑晓刚 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期134-138,共5页

在陡坡河道内,因输沙率变化可能会引起局部淤积,继而河道水位会随淤积高度相应变化。本文在4种比降水槽中,建立了可以模拟淤积体高度的概化模型,探求淤积高度对水位的影响。研究结果表明不同来流量条件下,在淤积高度增高与降低的过程中... 在陡坡河道内,因输沙率变化可能会引起局部淤积,继而河道水位会随淤积高度相应变化。本文在4种比降水槽中,建立了可以模拟淤积体高度的概化模型,探求淤积高度对水位的影响。研究结果表明不同来流量条件下,在淤积高度增高与降低的过程中,水位会发生突增或突降,并且发生突增与突降时对应的淤积高度存在差异。淤积高度增加过程中,淤积体上游水位最大增幅可达6倍;淤积体降低过程中,水位恢复呈滞后性。通过线性回归得到了发生水位突变的临界淤积高度与来流水力学指标存在相关关系。以临界淤积高度为标准提出了的安全区、可能成灾区、成灾区的判断方法。本文的研究成果能够为水沙灾害防治中堤防设计、河道整治提供参考。 展开更多

关键词 陡坡河道 模型试验 淤积 反坡水跃 水位

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茂名地区传统书院建筑的传承与保护研究 被引量：1

9

作者 赖洪旺 刘康 刘兴念 《城市建筑》 2022年第6期85-88,共4页

自古以来,茂名地区就注重文化教育事业,建造了大量的书院建筑,其中不少传统书院建筑也保留至今。本文通过查询历史文献及调查研究传统书院建筑的实例,整理出茂名地区传统书院建筑的发展传承脉络。同时,结合书院建筑实例,对茂名地区传统... 自古以来,茂名地区就注重文化教育事业,建造了大量的书院建筑,其中不少传统书院建筑也保留至今。本文通过查询历史文献及调查研究传统书院建筑的实例,整理出茂名地区传统书院建筑的发展传承脉络。同时,结合书院建筑实例,对茂名地区传统书院的现状进行记录,分析其建筑特点。此外,综合考量历史、地域、民俗文化等因素,对现存的传统书院建筑保护方面提出相应建议。 展开更多

关键词 茂名地区 传统书院 历史文献 传承与保护

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受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动规律

10

作者 肖克 杨奉广 +4 位作者 聂锐华 黄尔 王协康 刘兴年 彭清娥 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第13期121-127,共7页

山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在... 山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在时床面泥沙颗粒增加了向上的附加力,进一步分析泥沙颗粒的受力情况,推导出层流水流泥沙颗粒起动关系表达式。从含沙水流流速分布规律得到启发,雨滴落入层流水流的状态类似于含沙水流,当降雨存在时层流水流流速分布仍然满足线性关系。利用无降雨泥沙起动经典试验数据,确定了拖曳力系数以及上举力系数,发现两者都是沙粒雷诺数的函数。利用已有研究的降雨实测数据,求出了8种降雨强度(0.254~152.4mm/h)下的雨滴直径分布概率密度表达式(R2=0.998),进而求出雨滴的平均直径表达式,并给出受降雨影响的层流水流泥沙颗粒起动切应力计算模型。该研究模型表明降雨的存在使得泥沙起动所需的临界摩阻流速减小。通过与已有研究进行对比分析,该研究建立的受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动计算公式具有最高的精度,平均误差仅为14.8%,能够为山区水沙灾害防治提供理论支撑。 展开更多

关键词 降雨 切应力 泥沙颗粒 摩阻流速 相对暴露度

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四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的临界条件

11

作者 彭清娥 刘兴年 +1 位作者 黄尔 赵明辉 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期204-212,共9页

探明强降雨下泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件对预防泥沙灾害及减少水土流失将起到至关重要的作用。选取典型的四川紫色土试验区鹤鸣观小流域为研究对象,采用数据分类统计对比分析方法,对试验站近10年降雨径流输沙资料进行分析... 探明强降雨下泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件对预防泥沙灾害及减少水土流失将起到至关重要的作用。选取典型的四川紫色土试验区鹤鸣观小流域为研究对象,采用数据分类统计对比分析方法,对试验站近10年降雨径流输沙资料进行分析,研究强降雨情况下次降雨量、降雨强度和降雨历时等对泥沙输移突增的影响,找出导致泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件。研究结果表明:四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的关键特征因子为次降雨量、降雨强度以及最大径流模数;同时各关键因子的临界值分别为降雨强度5.3 mm/h,次降雨量130 mm,以耕作方式为主的坡地最大径流模数临界值为6 000 dm3/(km2·s),以种植林草为主的坡地最大径流模数临界值为3 000 dm3/(km2·s)。 展开更多

关键词 紫色土区 泥沙输移突增 次降雨量 降雨强度 降雨历时 最大径流模数

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两万年来岷江汶川古堰塞湖事件研究 被引量：6

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作者 程雪峰 范念念 +2 位作者 刘维明 杨兴国 刘兴年 《山地学报》 CSCD 北大核心 2020年第4期561-570,共10页

位于构造活动频繁的高山峡谷地区,常发生滑坡堵江,进而形成堰塞湖。堰塞湖对河流自然演化及人类文明发展均有着重要影响,非稳态堰塞湖形成蓄水后往往进一步溃决引发特大洪水,致使下游河道严重冲刷并导致大规模基础设施破坏,而稳态堰塞... 位于构造活动频繁的高山峡谷地区,常发生滑坡堵江,进而形成堰塞湖。堰塞湖对河流自然演化及人类文明发展均有着重要影响,非稳态堰塞湖形成蓄水后往往进一步溃决引发特大洪水,致使下游河道严重冲刷并导致大规模基础设施破坏,而稳态堰塞湖会抬高上游侵蚀基准面,抑制上游河床下切,改变河流纵剖面形态。对于古堰塞湖事件的研究不仅可以更好地理解现代堰塞湖灾害,也可指示地质历史上的极端气候事件与构造运动事件。经野外考察,在青藏高原东缘,岷江上游汶川芤山发现古堰塞坝残留体,以及对应的上游湖相沉积物和下游溃坝特大洪水沉积物,标志着堰塞湖形成—稳定—溃决过程。研究表明,该堰塞湖形成于1.4万年前,初期发生小部分漫顶溃决,后稳定存在近万年,由于地震作用,距今3.8~6.9 ka间溃决消失。深入研究这类地区古堰塞湖形成与溃决,对该地区河流地貌演化研究、现代堰塞湖风险、特大滑坡灾害链防治和理解古人类文明的发展与消亡,均有着重要的指导意义。 展开更多

关键词 岷江上游 滑坡堵江 芤山古湖 堰塞湖沉积 堰塞湖效应

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不同水沙条件下弯道河床冲淤与漫滩洪水特性研究 被引量：5

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作者 王奇 单钰淇 +1 位作者 刘超 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期158-167,共10页

弯曲河道水沙动力特性较顺直河道更加复杂,洪水流量与来沙条件变化改变弯道河床冲淤演变规律,影响漫滩洪水各项特性。本文开展了弯曲河道水槽模型试验,测量了不同水沙条件下弯道水面超高、河床地形、弯道水位和滩槽纵向流速,探究了水沙... 弯曲河道水沙动力特性较顺直河道更加复杂,洪水流量与来沙条件变化改变弯道河床冲淤演变规律,影响漫滩洪水各项特性。本文开展了弯曲河道水槽模型试验,测量了不同水沙条件下弯道水面超高、河床地形、弯道水位和滩槽纵向流速,探究了水沙条件变化对弯曲河道河床冲淤演变和漫滩洪水特性的影响。对比了兰运长公式、张红武公式和毛佩郁公式对弯道水面横向超高的计算结果,发现兰运长公式具有更高的计算精度,该公式能更好地预测河床冲淤稳定后弯道最大水面超高。水流未漫滩时,泥沙补给变化对河床冲淤演变的影响较小,这是因为大部分补给泥沙沉积在上游顺直河段或被输运至弯道下游,仅有少量补给泥沙淤积在弯曲河段。洪水漫滩后,更多上游补给泥沙被输运至弯曲河段淤高河床。随着泥沙补给增大,弯曲河道主槽泥沙淤积量增大,河床小幅淤高,但对弯道水位和边滩流速的影响较小;洪水流量增大后,弯道水位和边滩水流流速显著增加;这表明洪水流量是影响弯道水位与边滩水流流速的主要因素,上游泥沙补给则是次要因素。对于洪水漫滩工况,90°弯道凹岸中断面附近(30°~60°)边滩水流流速相对弯道主槽和上游来流流速显著增大,其流速最大值出现在弯道50°断面,约为上游来流流速的1.3倍。研究成果对弯曲河道防洪减灾有重要意义。 展开更多

关键词 弯曲河道 水面超高 漫滩洪水 河床演变

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顺直型展宽航槽沿程水沙运动规律试验研究 被引量：4

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作者 李福建 黄胜 +2 位作者 谢玉姝 刘超 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期96-103,共8页

由于山区地势原因,山区卵石航槽几何形态时常由窄深突然转变为宽浅,引起水沙运动特性的改变。本文开展了概化模型试验,研究了单一航槽(窄深段)到复式展宽航槽(宽浅段)水沙运动沿程变化规律并开展了机理分析。在不同上游来流条件下,测量... 由于山区地势原因,山区卵石航槽几何形态时常由窄深突然转变为宽浅,引起水沙运动特性的改变。本文开展了概化模型试验,研究了单一航槽(窄深段)到复式展宽航槽(宽浅段)水沙运动沿程变化规律并开展了机理分析。在不同上游来流条件下,测量了主航槽中心线沿程水位以及滩槽流速,用于探究水流特性的沿程变化规律。同时,开展了床面切应力测量和推移质试验用于判断推移质在粗化层不发生破坏的山区河道中的运动状态。试验结果表明,航槽几何形态变化明显影响水沙运动,水深在窄深航槽段与宽浅航槽段交界处附近变化最为明显;上游窄深航槽段与下游宽浅航槽段稳定水深的差值随着来流量的增大而增大;主航槽断面平均流速从窄深段逐渐增加,在窄深和宽浅断面交界处附近达到最大值(约为上游窄深段断面平均流速的1.5倍),而后逐渐降低直至稳定(约为上游窄深段断面平均流速的0.8倍);推移质淤积试验结果表明,可通过比较床面摩阻流速与推移质临界起动摩阻流速来判断推移质的运动状态,当满足淤积条件时,绝大部分推移质会停止运动并淤积在下游宽浅航槽段。在山区卵石航槽中,当河床粗化层不发生破坏,可通过直接比较局部航槽段床面摩阻流速与推移质临界起动摩阻流速来预测推移质运动或淤积情况。 展开更多

关键词 展宽航槽 水深 流速分布 摩阻流速 泥沙淤积 判别方法

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陡坡河道透过性坝阻水效应及沿程水深预测方法 被引量：3

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作者 桂子钦 刘超 +1 位作者 黄尔 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期175-184,共10页

透过性坝是一种泥石流防治工程措施。对于少沙陡坡河道,透过性坝主要发挥其阻水功能。通过开展概化模型试验,研究陡坡河道透过性坝的阻水效应。在不同坝体透水率与上游流量下,测量透过性坝上游自由出流区、坝前壅水区和下游水流充分发... 透过性坝是一种泥石流防治工程措施。对于少沙陡坡河道,透过性坝主要发挥其阻水功能。通过开展概化模型试验,研究陡坡河道透过性坝的阻水效应。在不同坝体透水率与上游流量下,测量透过性坝上游自由出流区、坝前壅水区和下游水流充分发展区的水深。建立了上游自由出流区与下游水流充分发展区的水深预测模型。基于能量方程,提出了坝前壅水区沿程水深计算模型与壅水区长度预测方法。结果表明:坝体透水率和上游流量是影响坝前水深与壅水范围的2个关键参量。当透水率越小或上游流量越大时,坝前水深越大且壅水范围也越大。下游水流充分发展区水深主要与下泄流量和河道过流条件有关。采用30组试验数据对上游自由出流区水深、坝前壅水区长度与沿程水深及下游水流充分发展区水深的预测公式进行验证,表明公式可准确预测上游自由出流区、坝前壅水区、下游水流充分发展区的水深及壅水长度。研究成果实现了透过性坝沿程水深、壅水区长度的准确预测,预测结果可为少沙陡坡河道中透过性坝的结构设计提供理论支撑。 展开更多

关键词 透过性坝 阻水效应 坝体透水率 壅水长度 计算方法

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某水库岸边溢洪道体型优化试验研究 被引量：3

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作者 夏雪平 马旭东 +1 位作者 聂锐华 刘兴年 《人民长江》 北大核心 2018年第6期79-83,共5页

结合某中低水头水库工程的岸边溢洪道,以水流流态衔接、减小消力池规模为控制指标,采用物理模型试验比较了采用"光滑溢洪道+底流消力池"与"前置掺气坎式阶梯溢洪道+底流消力池"两种消能方案的优劣,对不同布置方案... 结合某中低水头水库工程的岸边溢洪道,以水流流态衔接、减小消力池规模为控制指标,采用物理模型试验比较了采用"光滑溢洪道+底流消力池"与"前置掺气坎式阶梯溢洪道+底流消力池"两种消能方案的优劣,对不同布置方案在不同运行工况下的水流流态、入池流速与消能率等水力学指标进行详细对比分析。研究成果表明:采用前置掺气坎式阶梯溢洪道后,消力池长度能缩短57.1%,入池流速减小最大达51.18%,综合消能率大于84%。同时,前置掺气坎式阶梯溢洪道使阶梯泄槽内掺气更充分,继而可减小发生空蚀破坏的可能性。研究成果可为类似工程设计提供一定的参考。 展开更多

关键词 溢洪道 消力池 前置掺气坎 消能率

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水库泄流变化下河床粗化破坏特征试验研究 被引量：2

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作者 王奇 单钰淇 +1 位作者 刘超 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期111-119,共9页

通过水槽试验研究了水库泄流变化对山区河流河床粗化过程的影响。研究开展了流量交替变化和流量逐级增大两种条件下的清水冲刷河床粗化试验。在不同来流条件下,测量了试验过程中的推移质输沙率和水槽断面水深,以及每阶段试验结束后的河... 通过水槽试验研究了水库泄流变化对山区河流河床粗化过程的影响。研究开展了流量交替变化和流量逐级增大两种条件下的清水冲刷河床粗化试验。在不同来流条件下,测量了试验过程中的推移质输沙率和水槽断面水深,以及每阶段试验结束后的河床地形。基于衰减函数,模拟清水冲刷河床初始粗化过程的推移质输沙率。分析粗化层形成后的推移质输沙率随流量和冲刷时间的变化趋势,结合各水流条件下的床面切应力,探讨河床的冲刷粗化特点和粗化层破坏临界条件。试验结果发现:河床首次粗化对应的推移质输沙率变化过程可采用衰减函数模拟,模型可较准确地模拟推移质输沙率随时间的变化过程。对于流量交替变化阶段,每阶段出现的第1次极值流量是河床表层粗化和失稳破坏的主要驱动因子,极值流量产生的推移质输沙率总是大于小流量或第2次极值流量产生的推移质输沙率。河床表层粗化或冲刷由各阶段极值流量与河床初始粗化流量共同决定,极值流量相对河床初始粗化流量越大,河床表层冲刷粗化程度越大。对于流量逐级增大过程,当前流量下床面切应力τ与河床粗化层形成时的床面切应力τ0决定河床粗化表层变化规律;当τ<τ0,河床表层无明显变化;当τ≥1.1τ0,河床粗化层开始变得不稳定,推移质输沙率陡增。 展开更多

关键词 粗化层 推移质输沙率 床面切应力 清水冲刷

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滩地植被对弯曲漫滩河道主槽二次流发展的影响研究 被引量：2

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作者 黄胜 刘超 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期158-164,共7页

滩地植被对河道水沙运动及河床演变具有重要的影响,尤其当洪水期水流漫滩时。为了弄清高密度植被对弯曲主河道水流特性的影响,作者采用模型试验,在弯曲复式河道滩地铺设模型草,模拟天然植被,通过改变上游来流量,研究了高密度植被对主槽... 滩地植被对河道水沙运动及河床演变具有重要的影响,尤其当洪水期水流漫滩时。为了弄清高密度植被对弯曲主河道水流特性的影响,作者采用模型试验,在弯曲复式河道滩地铺设模型草,模拟天然植被,通过改变上游来流量,研究了高密度植被对主槽二次流涡团高度及涡团中心位置的影响。结果表明,滩地植被对弯中断面附近的二次流涡团高度影响最大,二次流涡团高度在滩地无植被时等于主槽高度,而在滩地有植被后等于主槽高度加上滩地植被冠层高度,此时,滩地植被等效增大了主槽高度。进入弯段后,滩地植被对二次流涡团高度的影响逐渐减小,在弯顶断面可以忽略滩地植被的影响。根据试验结果,提出了不同断面二次流涡团中心位置的预测方法并用不同来源的数据进行检验,发现该方法可以准确预测弯曲主槽中不同断面的二次流涡团中心位置。最后,讨论了二次流相对强度与主槽过流率之间的关系,发现无论滩地是否有植被,最大主槽过流率总是出现在二次流相对强度较小的弯顶断面。在相同水深条件下,主槽过流率在有植被漫滩河道中比无植被河道大。随着主槽水深(相对水深)增大,有植被和无植被工况各断面的过流率差值减小。当主槽水深接近或小于滩地植被冠层高度和主槽高度之和时,弯曲主槽中的二次流涡团沿程变化特性将与非漫滩弯曲河道的二次流涡团沿程变化特性十分相似。 展开更多

关键词 弯曲漫滩河道 植被 二次流 预测方法 主槽过流能力

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山区河道粗颗粒床面垂线流速分布规律试验研究 被引量：2

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作者 张绍培 杨阳 +2 位作者 杨奉广 王协康 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期152-157,共6页

粗颗粒床面普遍存在于山区河道中,在浅水条件下,水深与床面颗粒粒径的比值h/d较小,此时河道中水流垂线流速分布难以用传统的对数公式或对数补偿公式进行准确描述。在室内概化水槽中,利用玻璃珠及乒乓球模拟粗颗粒床沙,对不同h/d下的垂... 粗颗粒床面普遍存在于山区河道中,在浅水条件下,水深与床面颗粒粒径的比值h/d较小,此时河道中水流垂线流速分布难以用传统的对数公式或对数补偿公式进行准确描述。在室内概化水槽中,利用玻璃珠及乒乓球模拟粗颗粒床沙,对不同h/d下的垂线流速分布规律进行了系统的试验研究。前人研究发现,不同淹没度(h/d)下的理论床面取值并不统一。考虑到工程应用方便,作者采用普通粗糙床面河道下的理论床面值,即y0为0.2d。将试验测得数据进行无量纲化处理后与对数补偿公式计算得到的理论值对比,并率定公式中的系数B与尾流系数Π到最佳。结果表明:当h/d较小时,系数B随着h/d的增大减小,尾流系数Π随着h/d的增大而增大;而当h/d较大时,B与Π都趋于一个常数。最后,建立了适用于山区粗颗粒卵砾石泥沙河道的垂线流速分布公式,并将其与众多前人试验数据进行拟合检验。检验结果表明,作者提出的垂线流速分布公式具有较高的计算精度,同时对于普通粗糙床面河道,该公式也具有很好的适应性。 展开更多

关键词 卵石颗粒床面 低淹没度 流速分布 对数补偿公式

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基于阻力原理的稳定河流几何形态判定方法研究

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作者 张焕 杨奉广 +2 位作者 王协康 黄尔 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期139-145,共7页

受上游来水来沙条件影响,自然河道通过自我冲淤调整,常形成稳定的几何形态。稳定河流几何形态设计在工程应用中十分重要,稳定断面有利于水沙输移,且避免河道冲淤平衡破坏发生。本文系统分析了达西水流阻力梯度沿程变化,表明阻力梯度主... 受上游来水来沙条件影响,自然河道通过自我冲淤调整,常形成稳定的几何形态。稳定河流几何形态设计在工程应用中十分重要,稳定断面有利于水沙输移,且避免河道冲淤平衡破坏发生。本文系统分析了达西水流阻力梯度沿程变化,表明阻力梯度主要作用于三方面:河道深度调整,河道宽度调整,河道坡降调整。若调整宽度与深度的概率为线性关系,可推导出稳定河流几何形态关系式。在泥沙输移作用下,总能坡可分解为两部分,清水对应能坡和泥沙运动产生的附加能坡,其中,清水对应能坡可采用清水河道达西阻力表达式计算,泥沙输移附加能坡,可利用实测资料推求。通过分析含有总坡降的河道几何形态表达式,指出未知函数与坡降的0.3次方呈线性关系,而指数则与参数关系明显,随着参数的增大而呈现减小的趋势。利用收集的野外实测数据确定了这些未知变量,并给出了相应的求解表达式,该表达式不仅适用于沙质河道,还适用于砾卵石河道。以大量野外实测数据与室内试验数据对比分析,本文提出的稳定河道几何关系计算方法具有很高的精度。 展开更多

关键词 稳定河道 达西阻力系数 阻力梯度 水沙输移 附加能坡

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