泥沙研究

近海与河口粘性泥沙输移过程

第六届INTERCOH 2000综述

时钟李世森李艳红

上海交通大学港口与海岸工程系, 上海 200030

摘要: 第六届近海与河口粘性泥沙输移过程国际学术会议主要包括以下内容1)粘性泥沙与湍流的相互作用2)

淤泥动力特性的现场观测3)粘性泥沙输移过程的数值模拟4) 絮凝作用和絮凝团沉降速率5)淤泥底床侵蚀固结过程主要进展表现在1)分形理论被应用于粘性泥沙运动2)水声学技术PIV技术的应用3)原位剪应力测

量装置(ISIS)被应用于测量淤泥表面床体上的侵蚀剪应力分布4)生物对粘性泥沙运动影响的研究即利用环形水槽实验等探讨异养细菌超细胞聚合体对粘性泥沙稳定作用的影响5)一种健壮有效的适应有限元数学模型考虑絮凝非牛顿流及高浓度下的湍流耗散被用来解决粘性泥沙的输移问题

关键词:粘性泥沙近海与河口

中图分类号:TV148 文献标识码:A 文章编号:0468-155X(2002)03-0074-07

近海(海岸大陆架)与河口(港湾)水体中含有大量粘性细颗粒泥沙即粒径小于4m的粘土和一定比例的粉砂(粒径在462m之间)粘性细颗粒悬沙一般不以单颗粒的形式存在, 而是同附近其它大量的悬沙颗粒结合在一起并形成一定的结构这种相邻颗粒在一定条件下结合成集合体的作用被称为“絮凝作用”, 通

过絮凝作用结合而成的这种结构体称为“絮凝体” 近海与河口粘性泥沙输移过程是海洋学家港口航道与海岸工程师和环境流体力学家共同感兴趣的研究课题

由美国Florida大学海岸及海洋工程系A.J. Mehta教授发起的INTERCOH会议(Mehta,1986)提供了一个国际性的讲台使年轻的有经验的和世界领先的科学家和工程师相聚并讨论粘性泥沙的性质及该领域的最新进展第六届近海与河口粘性泥沙输移过程国际学术会议(简称INTERCOH 2000)于2000年9月4日8日在荷兰WL/Delft Hydraulics和Delft理工大学召开它的内容粘性泥沙的输移—尤其是近底床过程的现场和室内测量及数值模拟本文目的: 1)对本次会议进行简单综述2)指出主要研究进展及重点研究的方向作为此领域我国科学工作者今后的工作参考

1 粘性泥沙与湍流的相互作用

悬浮颗粒的浮力效应要消耗一定湍流能量从而消耗了水体的湍动扩散能力这对于由水流引起的粘性泥沙输移存在重要影响比利时Leuven Katholieke大学土木工程系的E.A.Toor man, 荷兰Delft理工大学土木工程系与地球科学学院A.W. Bruens等采用Prandtl混合长度和K-湍流模型,结合elft理工大学的直水槽实验研究了在密度梯度(由局部淤泥块引起)导致集中悬浮时湍流的衰减并将数值模拟结果与实验结果做了比较此外 E.A.Toorman还开发了一种悬沙湍流模型该模型的边界处理方法以更精确的Prandtl混合长度理论为基础加拿大Institut de Science de la Mer de Rimousk的D. Cloutie等研究了循环水槽中高浓度悬沙对湍流结构的影响

美国Stanford大学土木与环境工程系的M.L. Brennan与S.G. Monismith和地质调查局的D. H. Schoellhamer与J.R.Burau研究了旧金山港某地潮汐不对称引起的侵蚀现象他们在一个局部分层河口的大潮低潮阶段测量了近底床水流速度悬沙浓度和湍动泥沙通量此外他们还采用悬沙浓度的垂向分布计算潮汐时段底床与水体之间粘性泥沙的通量, 研究了旧金山港某地淤泥底床和水体之间粘性泥沙的交换

基金项目国家自然科学基金(49806005)和国家教育部“跨世纪优秀人才培养计划”基金(教技函[1999]2号)

作者简介时钟(1965-)男江苏泗阳人上海交通大学教授

收稿日期2001-03-12

2 淤泥动力学的现场观测

瑞典Goteborg大学地球科学系的R.L.Steven研究了两个无潮港口的泥沙源与通量问题他们对G0teborg 港进行了极其细致的研究(50200个取样位置)以描述低潮环境的变化采用方法包括:1)采用声学方法对泥沙进行监测和取样以获取沉积的厚度和特性2)解释物理过程3)分析地球化学倾向4)使用联合数据库对过程和结果进行定量分析5)在GIS范围内获得一个概化模型

荷兰的E.J. Houwing和WL/Delft Hydraulics的I.C. Tánczos与M.B. de Vries采用现场与实验室方法

在多种水流波浪水深和植被情况下测量了流速的垂向分布湍流和漩涡的扩散情况现场测量揭示1) 水流波浪悬沙浓度和水生植物之间的关系2)波浪运动与悬沙浓度之间存在直接联系对这些数据分析后证实悬沙浓度的增大是由当地床体的侵蚀引起的(不包括水平输移)实验数据已经用于验证1DV(垂向一维)水动力—沉积模型根据现场测量和实验室试验可以得出这样的结论1)观察到的浑浊带水平梯度的巨变主要是由于当地波浪运动的减弱引起的床体泥沙再悬浮的减弱2)由于水生植物的糙率影响会导致水面升高和产生与波浪传播方向相反的水流会进一步增大浑浊带梯度

印度Calcutta大学海洋科学系的A.Bhattacharrya建立了印度东部的热带中—大潮海岸红树林区的淤泥输移与淤积模型荷兰Utrecht大学海洋与大气研究学院B.M. JanssenStelder 与P.G.E.F. Augustinus研究了越南红河三角洲海岸红树林区的泥沙沉积率该项目是为了研究红河三角洲环境下红树林促淤沉降的方式, 研究结果将会提供相关的数据用于预报这个地区红树林的发展前景

美国Connecticut大学海洋科学系的W. F. Bohlen进行了河口浮泥运动的时间系列观测时间范围为数星期到数月随风暴频率而变化观测结果表明Olsen's 湾内的沉积是以空间和时间的高次方为自由度的多变量系统美国的B.W. Nelson研究了河口异常最大浑浊带现象对纵剖面和退潮进行的一系列站点观测表明在平均或较高流量的淡水流中典型的最大浑浊带发生在盐水入侵的最高点巴西的C.A.F. Schettini 定量确定了巴西南部Itajaí-Au河口在两个高流量情况下近底粘性泥沙输移量结果表明:1)在Itajaí-Au河口与发生单向海流时一样偶发的临界高流量现象对粘性泥沙的运动起着非常重要的作用2)此时也会伴有比潮流时更大的临界底部剪应力

丹麦Copenhagen大学地理学院的T.J. Andersen与M. Pejrup和荷兰内陆水管理与废水处理研究院的E.J. Houwing研究了注入淡水系统中的细颗粒泥沙的侵蚀对测量所得到的数据与样品进行了以下物理及生物学参数的比较:干湿容重粒径碳元素及叶绿素的含量与潮汐中的区域得到的结果相比本项研究结果说明:侵蚀受到大型动物群落和水底藻类的影响并不显著正确结论是它很可能受淤积率的影响而略微受

到泥沙的生物学属性的作用

高含沙层(HCMS)被定义为有牛顿行为的粘性悬沙它与湍流区存在着明显的相互作用典型的HCMS浓度范围为几百mg/l到几千mg/l荷兰WL/Delft Hydraulics的J.C. Winterwerp研究了底部高含沙层的动态特性讨论了这些类型的淤泥悬浮和相关的物理过程与时间尺度详细描述了底部高含沙层的形成行为和混合及垂向一维(1DV)数学模型试验采用一个Prand tl混合长度及K-湍流封闭模型的垂向一维模型进行模拟的由两个模型得到的数学结果都很令人满意说明他们适合于模拟水底集中悬浮的混合与发展过程的特征法国Laboratoir e des Ecoulements Géophysiques es Industriels的N. Gratiot等研究了在分散湍流栅栏振荡试验中的底部高含沙层他们使用了振荡栅栏试验中饱和浓度的概念当流质淤泥进入由振荡栅栏水箱产生的分散湍流中时可以观察到稳定的底部高含沙层底部高含沙层分界面以下的流动Richardson 数随泥沙浓度的时间平均值表现出大幅度的变化

这种变化主要是由于沉降速度的改变引起的因为沉降速度随粘性泥沙浓度做大幅度变化巴西Rio de Janeiro联邦大学Afonso de Moraes Paiva与S.B. Vinzon进行了Amazon大陆架地区的细颗粒悬沙和水动力相耦合的研究他们采用一个二维水动力模型对水动力的影响(包括密度变化和流体粘度变化)进行了研究和参数化并且调整到适应Amazon大陆架地区水流的垂直及海岸方向的主要特征

荷兰Rijkswaterstaat,Limburg Directorate的W. van Leussen研究了Ems河口的浮泥层测量结果分析表明:1)浮泥层包括流动和固结部分;2)研究包括底部浮泥层在内的垂直悬沙浓度分布的关键问题是沉降和湍流耗散混合的过程加拿大ASL环境科学公司的J.H. Jiang 和美国Florida土木与环境工程系的A.J. Mehta研究了中国椒江河口的泥跃层不稳定性, 探测到低频和高频内波, 其波高与角频率都随着Richardson 数的增大而减小

3 粘性泥沙运动的数值模拟

法国EDF-LNHE的V.M. Markofsky与O. Petersen等对河口粘性泥沙输移进行了数值模拟并对几个数学模型进行了相互比较一个是垂向一维(1DV) 模型用于模拟有关量的垂向运动过程尤其是悬沙引起的湍流耗散为了研究粘性泥沙的固化过程, 他们开发了基于絮凝体结构的分形表达式的Gibson方程的替换形式并在数学模型中进行了检验另一个是垂向二维(2DV)模型并对一个概化河口进行了模拟

韩国海洋研究与开发学院海岸与港口工程研究中心的D.Y. Lee与S.L. Hyun, 美国William与Mary大学Virginia海洋科学学院的J.P.Y Maa共同进行了黄海海岸水体内不同环境下粘性泥沙输移三维模型的模拟检验从而能够对粘性泥沙输移进行更真实的模拟丹麦水力学研究所的O. Petersen与H.J. Vested英国

Plymouth大学海洋研究所的A. Manni ng等对Tamar河口的淤泥输移的数学模型进行了研究,开发了粘性泥沙动床三维模型为了能够对所测量直河段提供较高程度的解析他们采用一个垂向二维(2DV)的水动力模型描述河口中的水流此模型覆盖了河口的整个上层部分模型以Reynolds方程和垂向的Sigma网格为基础这个水动力方程耦合了盐度和悬沙方程采用的K-湍流模型包含了由浮力引起的盐度和悬沙梯度之间的相互作用

法国IFREMER的P. Le Hir与F. Cayocca研究了连续模型的概念在开敞海域淤泥滑坡研究中的应用在上届INTERCOH会议(McAnally与Mehta, 2000)中已经对这个概念作了介绍它把泥沙与水体作为一个整体综合考虑而不是考虑两者之间的经验性交换他们把这个概念应用到开敞海域斜床体的浑浊流试验中并试图模拟1979年Nice机场扩建中发生的一次灾难性滑坡从2DV模拟所得结论是典型浊流模式即泥沙的快速滑

坡水的再循环及上部悬沙的扩散有规律地发展

上海交通大学港口与海岸工程系时钟通过采用现场观测资料(大潮和小潮的流速盐度和含沙量资料)平面二维(2HD)水动力悬沙运动数学模型对长江口北槽最大浑浊带的动力学进行了研究在北槽口外

最大浑浊带形成的主要动力过程则是河口底部泥沙的周期性再悬浮在北槽口内口外最大浑浊带中细颗粒泥沙的再悬浮过程也存在着一定的周期性此外由盐度悬沙浓度层化引起的“层化抑制湍流”也是北槽

口内口外最大浑浊带的形成机制之一采用的基本控制方程是通过对潮汐作用下的水流动量方程及悬沙对流扩散方程沿水深方向积分而获得的为保证模型的稳定性, 对方程的离散采用了ADI格式, 并对动量方程中的对流项和粘性项进行了两次迭代求解模拟结果与长江口同步实测水位流速资料的对比验证, 拟合情况良好

英国Heriot-Watt大学土木与海岸工程系的F.G. Marvan等共同研究了富含有机质泥沙的周期性输移即Floria现象富含有机质泥沙对粉沙的输移特征比如沉降固结和侵蚀有着不同的影响由于存在这些影响在进行河口泥沙输移的建模时就很有必要考虑它们应用泥沙与放射核输移的三维(3D)细颗粒解析模型, 乌克兰数学机器与系统问题研究学院的M.N. Yu等研究了C hernobyl冷却水池及Dniper-Boog河口的淤泥输移模型结果是通过作为粘性泥沙示踪物的137Cs(铯)和90Sr(锶)得到的数据进行分析的

日本Fukuoka大学土木工程系的R. Watanabe与Kyushu大学城市规划与环境工程系的T. Kusud a等对Rokkaku河的河床淤泥形成过程进行了现场观测及数值模拟他们所建立的模型除了河床淤泥层的边缘部分以外精确地再现了这种过程模拟结果都很好地解释了观测结果如果考虑到由淤泥破坏导致的曲面破坏和冲洗过程那么就会得到更加吻合的结果

法国EDF-Laboratoire Natinonal d' Hydraulique et Environnement的D. Violeau与C. C heviet对Loire河口的粘

性泥沙输移进行了三维数值模拟该数学模型能够再现风力和科氏力效果且不存在潮汐漫滩时产生的边界问题现在他们已经验证了潮汐水动力和河流流量的几种组合情况水位和盐度的模型结果能够很好地与现场数据吻合泥沙的模型结果正与测量结果相比较

丹麦水力学研究所的O. Petersen与H.J. Vested对淤泥输移数学模型中垂向交换过程进行了运算描述论文阐述了高浓度含沙层的挟运作用以及它在2HD淤泥输移模型中的实现及应用他们还对潮汐环境下底部含沙层的挟运作用采用垂向一维K-湍流模型(适用于理想潮汐河口环境)进行了量化分析分析结果用于建立水平淤泥输移模型中的挟运关系并将这个模型用于研究一个实际河口并将其结果与观测结果作了对

照

英国Edinburgh大学土木与环境工程学院的D. Mayne等提出了一种粘性泥沙输移的适应有限元解法这个健壮有效的有限元模型考虑絮凝非牛顿流及高浓度下的湍流耗散用来解决粘性泥沙的输移问题美国Horn Point实验室的L.P. Sanford等对Baltimore港中受污染泥沙的输移进行了数值模拟此模型能够定量预报该港口各分区内和分区间污染物的运动转化及最终结果目前这种由泥沙运动和污染运动结合的模型仍然处于研究之中

4 粘性泥沙絮凝作用和絮凝体沉降速率

英国Plymouth大学海洋研究所的K.R. Dyer等对粘性泥沙絮凝作用和絮凝体沉降速度进行了观测与数值模拟目的是通过现场测量研究絮凝体絮凝体沉降速度有效密度与各种控制湍流模型之间的关系1998年9月在Tamar河口的最大浑浊带范围内进行了现场测量测量完全限制在陆地方向的淡水区内当盐水随着退潮离去之时或者随着涨潮而来以前就会发生淤泥底床泥沙的侵蚀他们建立了一个三维粘性泥沙絮凝模型解释了湍流引起的团块与间歇过程之间的相互作用这个模型被用于模拟Ems河口的最大浑浊带的形成过程并与一系列的测量值作了比较模拟结果表明他们所观测到的憩流期泥沙悬浮迅速减少的情况只有在同时考虑絮凝作用和泥沙引起的成层作用时才能得到

英国CCMS Plymouth海洋实验室的A.J. Bale等采用激光反射粒径分析装置在一个环形水槽内对粘性泥沙层化的形成和中断进行了直接观测结果表明层化的层次和沉积作用都会随盐度和悬沙浓度的增大而上升其中悬沙浓度所起的影响远大于其他因素数学模型表明:悬沙颗粒的中值粒径和沉降率与水流速度和悬沙浓度之间成隐式非线性关系

韩国海洋研究与开发学院海岸与港口工程研究中心的K.S. Park就湍流对粘性泥沙的絮凝作用和沉积作用的影响进行了实验研究实验的目的是解释湍流环境下的絮凝过程和沉降过程从而研究湍流对絮凝体的产生增长和沉降的影响结果表明:在临界的湍流强度之下湍流会增加颗粒碰撞和絮凝体的发展与增加他们检验和讨论了现有的絮凝作用和沉降速度模型及此次试验结果也对在转动平板产生的真实湍流环境下絮凝作用的进一步试验作了介绍

美国USAE水道实验站的W.H. McAnally和Florida大学的A.J. Metha采用水槽实验,研究了粘性泥沙的层化和沉积率在水槽实验中采用一个多级层化和沉积过程的一维装置可以合理而精确的描绘泥沙层化作用和沉积它适合作为三维泥沙输移数值模型计算的一个组成部分为了避免增加计算负担它可以有效地用作分析工具来开发层化过程的增强参数模型也可以作为实验室和现场研究的插值工具他们所检测的天然淤泥的行为比单独的高岭土矿的行为更容易预报这种现象的一种可能的解释就是天然泥沙颗粒表面的金属和氧产生了额外的均匀粘度

美国Florida Atlantic大学海洋工程系的P.D. Scarlatos与H.S. Kim进行了粘性沉降颗粒的分形学研究他们采用一个修正的Smoluchowski的颗粒碰撞理论成功地建立了粘性泥沙颗粒的聚集与絮凝作用过程的模型模型适用于运动的与静止的悬浮层他们对模拟颗粒的几何特性通过分形学进行了分析结果与在其他文献中报导的数据相符合

英国HR Wallingford的W. Robert对絮凝体的大小和沉降速度进行了测量和模型参数化论文说明了絮

凝体大小及沉降速度的测量以及如何定量地研究絮凝体的特性以便数学模型应用为实际工程研究服务在工程应用中经常采用水流和泥沙输移的深度平均模型本文讨论了悬沙沉降速度和浓度垂向分布的表示

荷兰内陆水管理和废水处理研究院(RIZA)的M. van Wijngaarden与海洋与海岸管理学院(RIKZ)的J.R. Roberti研究了细颗粒泥沙沉降速度和粒径分布的原位测量LISST装置提供了更方便的途径获取有关悬沙的沉降速度和粒径分布的重要信息甚至提供了一个得到质量浓度的新方法

5 淤泥底床侵蚀过程

英国Oxford大学的D.G. Linter与G.C. Sills和HR Wallingford的B. Robert与N. Feates研究了室内沉降筒中淤泥床体沉积物的侵蚀特性原位剪应力测量装置(ISIS)已经由H R Wal lingford开发并应用于测量淤泥表面床体上的侵蚀剪应力剖面这种装置结合静态泥沙系统与Oxford大学的X射线可以检验各种类型的床体侵蚀属性对照应用剪应力划分浓度可以得到在有剪力增加情况下不同床体的侵蚀率结论表明:1)侵蚀率对不同床体类型来说是不同的2)床体上部应力会随时间发展3)直接观察表明上部床体会在侵蚀中液化——采用X射线密度剖面确认

德国Stuttgart大学水力学研究所的B. Westrich与O. Witt研究了非扰动粘性泥沙核的临界侵蚀剪应力分布泥沙侵蚀检验必须在实际水流环境下进行从而为粘性泥沙的数值输移模型的正确建立提供可靠的参数现已建立了两个不同尺寸不同设计的试验装置用于非扰动泥沙的测量这项技术使我们能够估计原位泥沙侵蚀度也使得试验研究能够应用于粘性泥沙输移的数学模型

德国Aachen理工大学水利工程与水资源管理学院的C. Schweim等对粘性泥沙的源项和沉降项进行了数值验证试验水流和泥沙输移的耦合模型可以把试验研究结果直接转化为数学描述形式将来还要把生物作用对侵蚀和沉积的影响考虑进去目前正在环形水槽中进行关于这个项目的试验他们还在环形水槽中利用异养细菌对生物生泥沙的稳定作用做了模拟

加拿大国家水资源研究所的B.G. Krishnappan研究了粘性泥沙的疏松沉积“绒毛”层的侵蚀行为论文描述了这种绒毛层的实验室研究目前的试验表明沉积历史会影响绒毛软质高岭土床体的侵蚀

法国CNRS IFREMER的G. P. Sauriau与Le Hir研究了Hydrobia ulvae生物悬浮影响的建模他们将试验水槽研究与垂向水动力数学模型(1DV)相结合由于在1DV数学模型中选取了决定性生物方程现在已有可能检验在变化环境(指不同的浸水和生物扰动时间 Hydrobi a ulvae充分程度和干密度剖面)下水底生物效应和物理作用的单独影响以及它们二者相互之间的作用(以粘性泥沙再悬浮方式)

英国St. Andrews大学的Gatty海洋实验室的T.J. Tolhurs等研究了超细胞聚合体(EPS)对粘性泥沙稳定性的影响他们在实验室采用了两个侵蚀装置研究了EPS对清洁粘性泥沙的侵蚀特性(临界值和速率)的影响其结果与天然泥沙的原位测量作了比较对现场处于高生物量水底微生物(真菌)中(即有高EPS浓度)的泥沙的侵蚀响应类似于实验室处理的高浓度EPS泥沙的侵蚀响应对现场低水底微生物量(即有低EPS浓度)地区的测量类似于实验室处理的有低EPS浓度或零EPS浓度的测量

6 淤泥底床固结过程

英国HR Wallingford的W. Robert等就粘性泥沙沉降特性进行了观测与数值模拟1998年9月他们在Tamar 河口的Calstock进行了现场测量同时室内沉降在荷兰Delft理工大学和Oxford大学展开沉降筒实验集

中研究床体密度和强度与沉积形成方式之间的关系

比利时Leuven Katholieke大学土木工程系的E.A. Toorman与K.C. Leurer建立了一个用于研究粘性泥沙床体的水动力行为的模型模型是通过对各种普通自然环境的模拟进行验证和建立的例如由于波浪引起的自重固化作用及流化作用(它们有可以采用的实验数据)一个实际问题就是必须知道泥沙床体的完整初始状态(它表明了微孔水压力分布)这个状态只有两种可能均衡状态的“老”床或者不存在床体一个新床的形成只有考虑沉积泥沙的流动和相应床体的表面变化时才可以描述这需要对表面密度值进行假设基于已知

淤泥骨架的形成需要颗粒间的接触他们假定絮凝颗粒是根据某一个最大叠加来决定的它等同于同样是球体的最大叠加(例如64%)这样床体模型同样需要一个絮凝模型以计算组成床体表面的絮凝体的密度

荷兰Delft理工大学土木工程与地球科学学院的L.M. Merckelbach等对淤泥床体的强度建行了数值模拟目的是通过实验和理论研究加深理解软质固结淤泥层的强度变化过程通过测量与叶片测试模型的比较结果显示两次作用起的效果是一样的首先既然有效应力作为固化作用的结果随时间增加那么强度也随着有效应力和时间增加其次真实粘度在大时间尺度内缓慢增加后者的作用似乎独立于固化过程

荷兰WL/Delft Hydraulics实验室的W. van Kesteren与T. van Kessel研究了粘性泥沙中气泡的集结与增长此项研究的目标是在试验和理论分析的基础上探讨粘性泥沙中气泡的集结与增长的过程为估计它们对泥沙属性的影响提供途径气泡的集结和增长并不被集结位置的数量所限制气泡在下列情况下会脱离颗粒填质:1)上升力超过了填质强度2)气泡向水面方向产生了爆破为气体输移制造了途径前一个过程需要填质的低强度后者则需要高强度在中等强度下气体碎片的原位值可以超过0.10甚至0.20

7 其它

利用分形学理论德国Stuttgart大学水力学研究所的T. Dreher与B. Westrich研究了细颗粒悬沙的沉降在建立沉降模型时粘性细颗粒泥沙的沉降速率不再是一个重要的参数因为它主要取决于湍流运动及床部的附着力试验采用非常细的泥沙(直径处于2m和100m之间的石英)来研究湍流环境下的沉积沉积

的开始和泥沙输移能力不只是取决于中小范围的床体形式如何产生底部剪力泥沙建模不但与底部剪力的平均值有关而且与底部剪力的较高力矩和湍流能量的扩散谱分布有关

荷兰Delft理工大学的M. van Ledden研究了基于过程的泥—沙混合物新模型他建立并分析了这种模型并且将分析结果与现场测量结果作了比较结果表明:1)在一个底部剪应力相对较低的区域采用局部水动力学参数预报某特定地点的淤泥成分是不太有用的2)除了局部水动力学性质局部淤泥浓度局部沉降速度床体的混合属性取样深度等都是决定局部床体成分的参数

美国Virginia海洋学院的J.P.Y. Maa与J.I. Kwon以及韩国海洋研究与开发学院的D.Y .Lee采用了超声波(大约1Mhz)以确定海洋泥沙的技术特性(例如泥沙密度渗透率)并将其与泥沙的侵蚀率相联系这是一项很有发展前景的技术实验室物理试验的结果也证实了他们的估计英国Edinburgh大学土木及环境工程学院的M. Crapper与T. Bruce采用超声波成像结合PIV技术测量淤泥的输移过程第一次定量研究了泥跃层上界面波的动力学

8 几点结论与建议

就作者的粗浅认识第六届近海与河口粘性泥沙输移过程国际学术会议主要进展表现在:1)分形学在粘性泥沙运动中的应用(a)基于絮凝体结构分形表达式的Gibson方程的应用(b)修正的Smoluchowski的颗粒碰撞理论被用于成功地建立粘性泥沙颗粒的成层与絮凝作用过程的模型2)声学技术PIV技术的应用3)

原位剪应力测量装置(ISIS)已经应用于测量表面侵蚀剪应力和淤泥床体上的侵蚀剪应力剖面4)利用环形水槽等实验探讨异养细菌超细胞聚合体对泥沙的稳定作用5)将适应有限元解法应用于粘性泥沙输移一种健壮有效的有限元模型结合絮凝模型非牛顿流及高浓度下的湍流耗散模型应用于解决粘性泥沙输移的问题以上几个方面的进展可以作为我国同行科学家今后工作的参考

致谢感谢上海交通大学蒙民伟海外发展教育基金会国家教育部博士生导师出国合作项目的支持两位评审专家提出了建设性意见

参考文献

1McAnally, W.H. & Mehta, A.J. 2001 Coastal and Estuarine Fine Sediment Proces ses. Proceedings of the 5th International

Conference on Cohesive Sedimen t Transport. Proceedings in Marine Science 3. Elsevier, Amsterdam: 1-540.

2INTERCOH 2000 Abstract. WL/Delft Hydraulics, The Netherlands: 1- 111.

3Mehta, A.J. 1986 Estuarine Cohesive Sediment Dynamics. Lectu re Notes on Coa

河流动力学及泥沙研究进展及发展趋势

河流泥沙研究进展及发展趋势李义天孙昭华（武汉大学，水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072）摘要：河流泥沙研究包括泥沙运动力学、河床演变学及以此为基础的河流模拟，是水利、地学及生态环境等学科的重要基础之一。近些年来各大流域中出现的多种泥沙相关问题，使泥沙研究扩展到区域及流域泥沙及工程及环境泥沙问题等方面。由于河流泥沙研究的许多理论还有待完善，而江河治理开发实践中遇到的实际问题异常复杂，现有理论和方法还难以使所有问题得到圆满解决。因而，今后在继续深入研究泥沙基本理论的同时，应加强水沙变异条件下河床演变规律的研究，并从流域整体的角度，扩展研究的时间尺度、空间尺度，分析泥沙输移的规律及其造成的环境影响，探索水沙调控的理论与技术。关键词：河流泥沙研究进展发展趋势 Review and perspective of river sediment research Yitian Li Zhaohua Sun

(State key laboratory of water resource and hydropower engineering science, Wuhan University, Wuhan 430072, China) Abstract:As the foundmantal theory of hydraulic engineering, geomorphology science and hydro-environment，river sediment research is developed to reveal the rule of sediment transport and to understand or predict fluvial processes. The goals of river sediment research have been broadened in recent years due to sediment related problems appeared in river management of large basins, which includes sediment problem of region or basin scale, interactions between hydraulic projects and environment. Since the basic theories underlying sediment movement and fluvial process still need to be improved, the sediment problem arose in engineering practice of river exploitation cannot be solved perfectly with current knowledge and technology. Consequently, it is argued that more efforts should be made in some key problems besides basic theoretical researches, such as channel responses to

关于工程泥沙情况的报告

关于工程泥沙情况的报告泥沙问题是**工程的关键技术问题之一，直接关系到**水库寿命和工程综合效益发挥，也是**水库“安全、健康、高效”运行的必要条件。从**工程论证开始，中央就高度重视**工程泥沙问题，**建委和**办各届领导同志，也都非常关心泥沙工作的开展情况。为全面了解**工程泥沙冲淤变化，分析泥沙方面存在的问题，提出泥沙工作下一步的意见，6月12日，陈飞副主任在国际泥沙研究培训中心主持召开**工程泥沙工作座谈会。交通运输部长江航道局，长江委设计院、水文局，重庆市港航局、移民局和**集团公司枢纽局相关负责同志，泥沙专家组部分专家，我办规划司、装备司、水库司负责同志参加会议。现将会议情况和泥沙问题有关情况汇报如下：一、**工程蓄水后泥沙冲淤基本情况及分析根据长江**委员会《**工程试验性蓄水（2008年至2012年）阶段性总结报告》、《2013年度**水库进出库水沙特性、水库淤积及坝下游河道冲刷分析》提供的数据，**工程蓄水后泥沙冲淤基本情况如下：（一）水库上游来水来沙 2003年—2013年，**水库年均入库水、沙量分别为亿吨；论证阶段采用1961年—1970年水沙系列，年均入库水、沙量分别为吨；蓄水以来入库水、沙量分别为论证阶段的87%和36%。2008年―2013年试验性蓄水期间，年均入库水、沙量分别为吨，分别为论证阶段采

用值的%和%。 20世纪90年代以来，**上游来水量略有减少，来沙呈持续减小态势。来沙减少的主要原因：一是上游大型水库群的建设运行拦截了大量的泥沙；二是上游水土保持工作的开展减少了入库泥沙量；三是上游河道采砂的影响。有专家分析认为，若按照1991年―2000年新的水沙系列测算，**水库达到冲淤平衡的时间将由论证阶段的100年延长到300年，届时仍将保持86%的有效库容。同时，也要看到，上游来沙减少趋势存在不确定性，例如：上游**工程拦沙会随着水库泥沙淤积而减弱；“5?12”汶川地震后，岷江流域形成大量松散堆积体，也可能成为新的泥沙来源，如遇极端气象或地质灾害，将产生大量泥沙进入**水库。（二）水库泥沙淤积 2003年—2013年，**水库入库泥沙总量为亿吨，出库亿吨，水库泥沙淤积总量吨；水库年平均淤积量亿吨，平均排沙比（出库泥沙占入库泥沙的比例）％。试验性蓄水6年间，水库淤积泥沙亿吨，年均淤积泥沙亿吨，排沙比为%。论证阶段预测水库年均淤积量为亿吨，前10年平均排沙比为33％，且排沙比随着水库运行时间延长而增大。2003年蓄水以来，水库泥沙年均淤积量仅为原论证预测值的42%左右，但排沙比相对预测值明显偏低。从淤积高程看，绝大部分来沙淤积在水库高程以下，高程以上河床淤积泥沙，主要集中在奉节至大坝段。从淤积河段看，水库泥沙主要淤积在涪陵以下常年回水区，变动回水区（145m水位回水末端至

2020届高三地理复习检测：河流地貌的发育

2020届高三地理复习检测：河流地貌的发育一、单选题扇三角洲是由邻近高地推进到稳定水体中的冲积扇。读扇三角洲示意图，完成1～2题。 1．扇三角洲的特征是( ) A．发育在河流入海口 B．分布在湿润区 C．沉积物大多为粉沙 D．经多次堆积形成 2．图中的辫状河流( ) A．流量稳定B．河道较深 C．容易改道D．无结冰期解析：第1题，图示扇三角洲发育在河流出山口，不一定分布在湿润区；扇三角洲沉积物具有明显的分选性，下层是砾石、粗沙，上层大多为粉沙、泥土，经多次堆积形成。第2题，图中的辫状河流是河流在冲积扇上多次改道形成；受山间河流水量影响大，流量不稳定，落差较小，河道较浅，可能有结冰期。答案：1.D 2.C 壶穴又称“瓯穴”，是指流水对基岩表面侵蚀而形成的凹坑，主要是涡流或水流携带砾石或粗沉积物研磨基岩河床形成。下图为贵州绥阳阴河洞壶穴的演化过程图，从发育阶段看，其形成演化分为三个阶段：“碟”型壶穴形成阶段；“倒Ω”型壶穴发育阶段；“锅”型壶穴发育阶段。据此完成3～5题。

3．壶穴形成的季节是( ) A．春季B．夏季 C．秋季D．冬季 4．图中壶穴形成的过程是( ) A．甲、乙、丙B．丙、乙、甲 C．乙、甲、丙D．乙、丙、甲 5．壶穴形成过程中，作用最小的因素是( ) A．气温B．降水量 C．地势D．基岩性质解析：第3题，壶穴主要是由流水侵蚀而成，图示大水潭的枯水期水位低于壶穴分布区，不可能对壶穴产生影响；则壶穴形成的季节应该是河流的丰水期，即夏季。第4题，材料显示壶穴形成演化分为“碟”型、“倒Ω”型、“锅”型三个阶段，结合图示形状，可推断C正确。第5题，壶穴成因为“流水对基岩表面侵蚀”，而侵蚀程度与流量、地势、岩石硬度等因素有关，与气温关系不大，故作用最小的因素是气温。答案：3.B 4.C 5.A 图示意长江口部分沙岛群演变过程。读图完成6～8题。 6．1880—1945年，①②③④四处侵蚀速率大于堆积速率的是( ) A．① B．② C．③ D．④

创伤性颅脑损伤治疗新进展

创伤性颅脑损伤治疗新进展急性颅脑外伤的治疗目标，围绕降低颅内压、维护脑血流灌注为中心，绝非为单纯升压。治疗相当复杂，临床处理中常常难以得到确切的指导指标和数据。我院在较长一段时间中，急性颅脑损伤病例很多，出现脑疝需要紧急开颅减压的手术不少，都是脑外科医生直接送病人入手术室的，术前情况麻醉者确实一点不明白，所以，多年来我始终没有摸清麻醉处理规律，但目标都是以围绕降低颅内压、维护脑血流灌注为中心的，没有指导数据硬着头皮干，至今还未能取得具体规律，但很少集中在使用大剂量强力升压药的，好像这是规律。术毕大多数病人可以送回病房，但极少数还是死亡在手术台上。有一篇综述，较老年代发表的，是神经外科院士王忠诚教授具名的，姑且贴出供大家阅读思索，可能还是有助的：创伤性颅脑损伤治疗新进展中华神经外科杂志1999年1月第15卷第1期作者单位：100050北京市神经外科研究所李小勇王忠诚关键词：颅脑损伤治疗原则一、颅脑损伤以及损伤机制创伤性颅脑损伤，仍是影响健康的主要问题。美国每年就诊病人达200万以上，其中约7500人致死，125000人致残。英国每年达100万以上，死亡率为9／10万，占住院全部死亡数的1％；15％～20％的死亡者年龄，在5～35岁之间。损伤的原因大多为坠落伤，其次为斗殴和交通事故。目前脑损伤的严重程度不断加重，交通事故在其中有主要作用：虽然其引起的颅脑损伤占住院病人的13％，但死亡率却高达58％［1］。目前认为创伤性脑损伤，起初仅为部分性损伤，但以后数小时至数天内会有许多继发性损害［1］。graham等发现，创伤性脑损伤（tBI）死亡病人的90％，有缺血性改变，是继发损伤的主要机制。颅内压（iCP）增高的原因，在没有血肿的损伤后24～36小时内的急性期，大多为细胞毒性水肿，少数为血脑屏障损害引起的血管源性水肿，而血管充血引起的脑肿胀比以往认为的作用要小得多［2，3］；在急性损伤的后期，或在第3天终末或第4天开始，iCP升高的原因又可能是血管充血，因为脑血流（cBF）第2或3天已有增加，而血脑屏障的完整性在损伤后12～24小之内也已经恢复［2］。当iCP升高时，颅内缓冲最快的是脑内血液体积，其次是脑脊液。当缓冲能力耗竭时，iCP就会急剧增加。当iCP在增加到20～25mmHg（1mmHg＝0.13kPa）以上时，便可以迅速升高至很高的水平。如果iCP增加超过平均动脉血压（mAP），就会对脑灌注产生液体静力学性阻塞，数分钟便可引起脑的死亡［2］。二、颅脑损伤治疗原则的进展轻型颅脑损伤的数量远远多于中、重型，其中仍包括一些需要神经外科处理的危险病人。1993年stein和ross首次提出，将轻型颅脑损伤进一步分为轻微型和轻型，目的是将危险性增加的患者鉴别出来并给予有效处理，这样可以为很多国家减少严重的资源负担。（1）轻微型病人：没有意识丧失或健忘，gCS为15分，机敏反应和记忆力正常，没有局灶性神经系统功能障碍，且没有可触摸到的凹陷性骨折。一般可以在告知有关颅脑损伤注意事项后，准其回家。但应收住院的适应证为：有颅脑以外损伤；年龄很小或很大；家中没有可靠的照看人；有潜在严重的内科性疾病需要治疗等。（2）轻型病人具备下述一个以上特点：小于5分钟的短暂意识丧失；对出事情况有健忘；gCS为14分；机敏反应和记忆力受损；可触摸到凹陷骨折。轻型病人都

尼泊尔上马蒂水电站取水防沙试验

第４７卷第２期２０１４年４月武汉大学学报（工学版）Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．４７Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１４收稿日期：２０１３－０７－２８作者简介：刘彬（１９８９－），男，硕士研究生，主要从事施工水力学与导流工程研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｂｉｎ３１７３２８＠１６３．ｃｏｍ．通讯作者：杨磊（１９７４－），男，博士，副教授，主要从事导截流试验研究及水利工程施工组织管理，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｙｌｓｈｏｗ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．基金项目：国家自然科学基金项目（编号：５０８０９０５２）．文章编号：１６７１－８８４４（２０１４）０２－０１５６－０４尼泊尔上马蒂水电站取水防沙试验刘彬１，杨磊１，徐宏亮１，张志强２，戴晨３，詹义正１（１．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉　４３００７２；２．上海勘测设计研究院，上海　２０００００；３．中国水利电力对外公司，北京　１００１２０）摘要：上马蒂水电站位于尼泊尔西部马蒂河上，河道来水量悬殊，水位变化较大，常年来流量及更小流量情况下取水极其困难．马蒂河属于多沙河流，且工程河段宽浅、坡陡，加剧了河道推移质泥沙运动．为了解决不同工况下电站取水、防沙问题，试验研究中，在电站首部枢纽上游布置取水口、引水渠、锁坝等建筑物，并加高溢流堰前隔水墙的高程．同时，在沉沙池内增设整流格栅后，悬移质分组沉降率得到提高，满足水轮机过沙要求．这种“逆向引水、正面排沙”的工程布置方式为解决山区多沙河流取水防沙问题提供了一种新的途径．关键词：推移质；悬移质；沉降率；取水防沙中图分类号：ＴＶ　６文献标志码：ＡＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｏｆＮｅｐａｌ　Ｕｐｐｅｒ　Ｍａｄｉ　Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＳｔａｔｉｏｎＬＩＵ　Ｂｉｎ１，ＹＡＮＧ　Ｌｅｉ　１，ＸＵ　Ｈｏｎｇｌｉａｎｇ１，ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｉｑｉａｎｇ２，ＤＡＩ　Ｃｈｅｎ３，ＺＨＡＮ　Ｙｉｚｈｅｎｇ１（１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，Ｄｅｓｉｇｎ　＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｗａｔｅｒ　＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｐｐｅｒ　Ｍａｄｉ　Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｌｏｃａｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍａｄｉ　Ｒｉｖｅｒ，ｉｎ　ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｎｅｐａｌ．Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ａｎｄｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｉｖｅｒ　ｖａｒｉｅｓ　ｗｉｄｅｌｙ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎｕｎｄｅｒ　ｐｅｒｅｎｎｉａｌ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ａ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｆｌｏｗ．Ｍａｄｉ　Ｒｉｖｅｒ　ｂｅｌｏｎｇｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｎｄｙ　ｒｉｖｅｒ，ａｎｄ　ｈａｓ　ａ　ｂｒｏａｄ　ａｎｄ　ｓｈａｌ－ｌｏｗ　ｒｉｖｅｒｂｅｄ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｒｅａ，ｗｈｉｃｈ　ａｇｇｒａｖａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｉｖｅｒ　ｂｅｄｌｏａｄｓ．Ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｓｔ　ｃａｓｅｓ　ｆｏｒ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ，ｗａ－ｔｅｒ　ｉｎｔａｋｅ，ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ｃｈａｎｎｅｌ，ｌｏｃｋ　ｄａｍ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｔｕｄｙ，ａｎｄ　ｔｈｅｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｂｅｆｏｒｅ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｆｌｏｗ　ｗｅｉｒ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｈｅｉｇｈｔｅｎｅｄ　ｔｏｏ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ａｎ　ａｄｄｉ－ｔｉｏｎａｌ　ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｐｌａｔｅ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｉｎ　ｄｅｓｉｌｔｉｎｇ　ｂａｓｉｎ，ｗｈｉｃｈ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆｇｒｏｕｐｉｎｇ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｓａｎｄ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｒｂｉｎｅ．Ｔｈｉｓ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｌａｙｏｕｔｎａｍｅｄ“ｒｅｖｅｒｓｅ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ，ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｄｅｓｉｌｔｉｎｇ”ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｎｅｗ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ　ｓａｎｄｙ　ｒｉｖｅｒ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｅｄｌｏａｄ；ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ；ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ上马蒂水电站位于尼泊尔西部马蒂河，沿河段从上至下包括坝址首部枢纽、引水隧洞、调压井、压力钢管、电站厂房、开关站和道路工程．首部枢纽由开敞式溢流堰、右岸岸边式冲沙闸、右岸沉沙池、右

河流泥沙动力学答案

7.有一条灌溉渠道，断面如图所示，通过粘性土壤地区，泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，渠道长10公里，渠道坡降为1/3000，问引取清水，渠道水深为2m 时，会不会发生冲刷？如果发生冲刷，应如何修改渠道？（n=0.02）解：（1）计算渠道水流的实际平均流速渠道过水断面面积：m mh bh A 825.12122=?+?=+=，湿周：m 21.825.11211222=?+?+=++=h m b χ，水力半径：m 97.021 .88== = χ A R ，根据谢才公式和曼宁公式计算渠道水流的实际平均流速： m/s .J R n RJ C U 89.03000197 .002 0112 1 3 2 2 13 2 =?? ? ????= = = （2）计算渠道泥沙起动流速由于泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，属于粗粉土，所以采用考虑粘性的张瑞瑾公式计算渠道泥沙起动流速了： m/s 59.0) 10 03.0(210000000605.01003.065.16.171003.0210000000605.06.1721 72 .03 3 14 .03 2 1 72.014 .0=??? ? ? ??+? +??????? ???=??? ? ? ?++-?? ? ??=---d h d d h U s c ρρρ由于U ＞U c ，即渠道实际平均流速大于泥沙起动流速，所以渠道会发生冲刷。（3）为减少冲刷，可采用减缓渠道坡降的途径来修改渠道。 10.河道左岸有一座灌溉引水闸，闸底高出河底2米，当河道流量为1000m 3/s ，河宽为100m ，水深为5m ，水温为20℃时，问粒径为1mm 的泥沙会不会进入渠道？哪种粒径的泥沙会进入渠道？（河道断面接近矩形）解：（1）若要使粒径为1mm 的泥沙进入渠道，需使河道断面平均流速大于或等于泥沙扬动流速，即s U U ≥，其中：河道断面平均流速： /s 25 1001000m A Q U =?== ，

过路涵洞设计中的泥石流模拟计算

泥沙研究　2001年8月Journal of Sediment Research第4期过路涵洞设计中的泥石流模拟计算吴保生 (清华大学,北京100084) 摘要:本文针对过路涵洞设计对泥石流进行了模拟计算。首先在美国联邦高速公路局现有河流模拟与桥渡冲刷流管模型(BRI-ST ARS)的基础上,增加了泥石流的模拟计算功能,并根据实测泥石流资料对模型进行了验证。然后采用修改后的模型,对位于美国科罗拉多州斯奴马西峡谷段的第SH-82号高速公路扩建工程中的泥石流涵洞,进行了不同设计方案的泥石流模拟计算,给出了可靠的涵洞与渠道水力设计参数。模拟计算结果的分析表明,对于输送泥石流的过路涵洞,若采用传统的水力学计算方法,将会导致设计涵洞尺寸的严重不足。修改后的BRI-ST ARS模型可以作为过路涵洞设计中泥石流模拟的有效工具,可用于同类条件下过路涵洞设计的水力计算。关键词:泥石流模拟;过路涵洞;BRI-ST ARS;流管模型中图分类号:P642.23　文献标识码:A　文章编号:04682155X(2001)0420034207 1　引言泥石流是公路交通中经常遇到的重大自然灾害之一。在泥石流多发地区,泥石流携带的大量泥沙颗粒常常会在路面突然堆积,造成道路交通的中断和堵塞;特别是一些较大的泥石流,还可以凭借其巨大的能量将道路和桥梁冲毁,造成严重的交通事故和巨大的经济损失。位于美国科罗拉多州斯奴马西峡谷段(Snowmass Cany on)的第SH-82号高速公路,便经常受到来自位于其靠山坡一侧流域的大小不等的泥石流的威胁,图1是现有SH-82号高速公路穿过典型泥石流堆积扇时的情形。由于公路交通发展的需要,科罗拉多州高速公路局计划在现有SH-82号高速公路的内侧再增加一条道路,使之成为双向封闭的单行高速公路。为了避免路面的正常运行受到泥石流的频繁威胁,拟对来自靠山坡一侧大小不等流域的泥石流采取必要的工程措施加以控制。初步设计采用了在路面下设置过路涵洞的方法,将来自流域的泥石流通过涵洞输送到公路下侧的谷地[1]。在传统的过路涵洞设计中,对于泥石流的水力计算并没有现成的方法可寻。本文采用一维泥石流数学模型对过路涵洞设计中的泥石流进行了模拟计算,提出了可靠的过路涵洞与渠道水力设计参数。 2　流域基本特征第SH-82号高速公路的斯奴马西峡谷段位于美国科罗拉多州的Basalt和Aspen之间。该峡谷段两侧的大小流域可以分为两种类型[2]:高阶流域和低阶流域。高阶流域的河网通常大于3阶,流域面积在21.8ha到36.0ha之间,流域平均坡降在36%和57%之间。底阶流域的河网通常只有1～2阶,流域面积在4.4ha到40.5ha之间,流域平均坡降在53%和78%之间。位于斯奴马西峡谷段两侧的流域,在河谷和坡脚地带大多有大量的泥石流堆积物。这些堆积物呈喇叭状由从流域出口向河谷延伸,形成典型的冲积扇外形,见图1。堆积物的表面一般是比较均匀的;沿堆积扇垂向的取样分析表明,泥石流在这一地区是十分活跃的,呈周期性发生。历史上在该地区所发生的泥石流,多是由6至9月份之间强度较大的暴雨和春季5月份迅速融化作者简介:吴保生(1959-),男,清华大学博士。收稿日期:2000211228

工程泥沙问题研究综述

工程泥沙问题研究综述工程泥沙问题可以简单的定义为受人类活动影响而发生河床或海床变形及有别于自然情况下的泥沙问题。在实际工程中对泥沙研究目的主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。研究方向主要分为河流航道工程泥沙问题和海岸工程泥沙问题两大类，其中河流泥沙研究起步较早，而海岸工程泥沙问题是由前者衍生而来的一门新的分支学科，早在公元前256年的战国末期,当时李冰父子在修建都江堰工程时巧妙地利用了水流泥沙运动规律,工程布局完全符合现代泥沙运动力学原理,使都江堰工程至今已经成功运行至今。泥沙运动涉及侵蚀、输运、沉积等地貌过程，各种过程涉及的时空尺度变化范围极大。在一些情况下必须考虑地质构造的上升、下降等大尺度、长时期的过程，有时又必须考虑泥沙起动、悬移等微尺度和瞬时的过程。正是由于这些特点，河流泥沙研究包含了从宏观到微观多方面的物理现象，因而尽管国内外在河道治理方面不乏成功的例子,但是泥沙学科体系的建立还是20世纪的事情。19世纪末期,法国的DuBoys第一次提出推移质运动的拖曳力理论。泥沙学科研究初期，Gilbert在20世纪初通过水槽试验研究推移质泥沙的运动规律,最早建立了推移质运动的模式和计算公式。Rouse等在20世纪30年代初类比分子扩散理论,导出了著名的悬移质泥沙浓度分布公式,至今还在广泛应用。而后Einstein、Bagnold、Engelund 等人奠定了泥沙学科的基石Einstein首创用统计方法研究悬移质输沙率和推移质输沙率,导出泥沙挟沙力的计算公式。特别突出的是能进行非均匀输沙的计算。此外,Einstein还定义了冲泻质和床沙质的概念,提出了冲积河流阻力划分与计算方法。Bagnold注重泥沙运动的物理本质,用基本物理概念和物理过程描述方法来研究泥沙运动规律,所建立的推移质输沙率、悬移质输沙率计算公式,物理概念明确、理论分析合理,具有较好的计算精度。特别是关于颗粒作用的同心圆筒试验研究,揭示了随着颗粒浓度的增加逐步从粘性作用转向惯性(碰撞)作用的机理,深刻地揭示了颗粒作用的实质。这一试验成果不仅对泥沙研究起到了重要的推进作用,而且也是80年代兴起的快速颗粒流研究的基础。Bagnold提出的颗粒的惯性力与粘性力之比被称之为拜格诺数(Bagnold Number)。在我国,张瑞瑾、沙玉清、钱宁等老一代科学家为泥沙学科的发展奠定了基础，在理论研究上取得了国际领先水平的成果;在应用上成功地解决了许多重大工程泥沙问题,如长江葛洲坝工程、三峡工程和黄河小浪底工程中的泥沙问题。 1河流泥沙动力学研究基础河流泥沙研究包含了从宏观到微观多方面的物理现象，可将泥沙基本理论分为泥沙运动力学和河床演变学。河流泥沙动力学的研究范畴包括：泥沙颗粒的基本性质、泥沙起动与沉降、河道水流特性以及泥沙对水流的影响、水流与泥沙输移机理及其定量描述等。但这种规律性认识大部分只具有定性性质，人们对河床演变过程的认识，通常是从野外实际查勘及观测开始的，对资料的综合分析使人们逐步形成了对具体河段和整个河流以至不同河流之间河床演变现象的规律性认识，河流模拟是在对微观水流、泥沙运动深入认识基础上，建立描述水沙运动及河床变形的控制方程，从而模拟出宏观河床变形随时间的发展。 1.1基本理论

河工模型试验中的DPIV技术及其应用

河工模型试验中的DPIV技术及其应用摘要粒子图像测速是一种快速全流场测量方法。本文根据河工模型试验的特点建立了一套多CCD的DPIV测量系统，在自然光照明的条件下对河工模型近千平方米区域内流体的表面流厨行快速测量；根据河工模型中粒子分布的特点，对PIV常用的速度提取算法(互相关和二次傅立叶变换) 进行了改进，提高了速度提取的效率，在一定的分辨率前提下达到了对河工模型表面流场实时测量和记录的要求，测量误差较小。关键词粒子图像测速河工模型速度测量流场显示 0 引言河工模型是探讨河流工程问题的有效研究方法之一，但由于河工模型尺寸大，观测的范围广，使用单点式速度测量仪器费时费力；对于动床模型或非定常流动模型，床面和边界形态均在不断变化之中，因

此，在河工模型试验中采用全场实时测速技术十分必要，具有很大的科研和经济价值。粒子示踪的图像全场测速技术(Particle Image Velocimetry[1，和Particle Tracking Velocimetry[3，4])以及数字化粒子图像测速技术(Digital PIV和Digital PTV)具有方便快捷的特点，在流体力学研究中得到了广泛应用。国内科研人员根据PIV 和PTV的基本原理，已成功开发出应用于大型河工模型表面流场测量的粒子示踪测速系统：清华大学研制的DPTV系统、中国科学院力学研究所研制的DPIV系统等。 DPIV系统的核心是对流动图像进行处理，得到示踪粒子代表的流体的速度，这一过程称为速度提取。速度提取一般采用互相关算法和二次傅立叶变换[7，8，9]进行，需优良的硬件设备(运算速度高的计算机和浮点运算加速器件)才能满足实时测量的要求。本文考虑到河工模型中示踪粒子的分布特点以及自然光照明的条件等，采用了三种改进的速度提取算法，缩短了速度提取时间，在普通Pentium系列微机由软件实现河工模型

泥沙对河道的影响分析

泥沙对河道的影响分析作者姓名：徐伟专业名称：水利水电工程指导教师：李源讲师

成都理工大学工程技术学院学位论文诚信承诺书本人慎重承诺和声明： 1.本人已认真学习《学位论文作假行为处理办法》（中华人民共和国教育部第34号令）、《成都理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则（试行）》（成理工教发〔2013〕30号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。 2.本人已认真学习《成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册》，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。 3.本人所提交的学位论文（题目：泥沙淤积对河道影），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。承诺人（学生签名）：徐伟 2016 年 1 月 23日注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。

摘要泥沙在天然河道中的存在是普遍的。当水流的重力势能转化为动能时，在泥沙的某些特性及相对速度的作用下，必然会对河道产生一定的影响，其中包括生物的多样性、坡岸的稳定性和河床的冲刷淤积问题产生一定的影响。关键词：泥沙河道生态 Abstract The sediment widely exists in natural rivers. When the gravitational potential energy is transformed into kinetic energy, the fluid will inevitably have some impack on downstream river because of the relative velocity and certain characteristics of sediment. Those effects can be remarkable to the bank slope stability, the biological diversity and the siltation of riverbed. Keyword: sediment river ecology 绪论中国河流众多，其中有5万多条流域面积大于100km2，有1500多条流域面积在1000km2以上的河流。我国水资源丰富，水能蕴藏量为5.8亿kW，正常年径流量大27115亿m3。在我国江河治理中，有一个十分突出的问题那就是泥沙问题，在大江大河流域内水土流失严重，引起大量泥沙输入问题，江河治理的复杂性更严重，并带来危害。根据20世纪80年代初期统计，我国水土流失面积为120余万km2，占全国国土面积960万km2的12.5%，其中七大江河（即长江、黄河、淮河、海河、辽河、松花江、珠江）水土流失面积最大，占总流失面积的85.8%。黄河是世界上泥沙量最大的大河，多年的平均年输沙量达16亿吨之多。特别是黄河中游的黄土高原沟壑丘陵区，平均每年沟蚀和侵蚀模数可达10000/（km2·a）。长江宜昌站平均年输沙量为5.3亿吨，因此长江是仅次于黄河河流输沙量而居我国的第二位的河流。随着我国开展了长江、黄河以及其他各大流域的开发治理工作，我国政府对泥沙问题的研究工作十分看重，投入大量的人力、物力和资金，对许多严重的泥沙问题进行了更深入的研究。

泥沙运动力学教学文件(1)

泥沙运动力学 Sediment Transport Mechanics 第一章概述 1. 泥沙运动力学—泥沙在流体中，冲刷（scour）、搬运（transport）和沉积（deposition）的运动规律。二相：固、液运动：河流、渠道、荒漠、水库、海滨、管路中，在流水、风、波浪作用下运动。 2. 著名产沙河流：黄河：16亿吨/年、土壤剥蚀1.6毫米/年。总沙量和平均含沙量世界第一。

印度、孟加拉国的恒河：14.51亿吨/年，世界第二。孟加拉国的布拉马普特拉河：7.26亿吨/年，世界第三。 3. 国内外著名泥沙研究机构：（1）国内大学：清华大学、北京大学、河海大学、武汉大学、大连理工大学、四川大学、天津大学、西北农林科技大学、西安理工大学、华东师范大学、郑州大学、华北水电学院、新疆大学、长沙理工大学、重庆交通大学… （各大学研究侧重点不同）（2）国内科研院所：中国水电科学研究院、南京水利科学研究院、黄河水利科学研究院、长江科学研究院、淮河水利委员会水科所、天津水运工程科学研究院、西北水利科学研究所、…（各单位研究侧重点不同）（3）国家重点实验室：四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室（1990）、大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室（1990）、华东师范大学河口海岸国家重点实验室（1995）、武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室（2003）、清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室（2004）、河海大学水文水资源与水利工程国家重点实验室（2007）、天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室（2011）（4）国外：Colorado State University, The University of Iowa, The

长江三峡工程的泥沙问题

长江三峡工程的泥沙问题张仁三峡工程曾经经历长时间的论证工作，在论证工作中，泥沙问题始终是三峡工程的最重要的问题之一。在可行性论证阶段，主要研究的泥沙问题有5个方面。1993年以来三峡工程的泥沙研究包括8个方面。 1 可行性论证阶段主要研究的泥沙问题 (1) 如何长期保持三峡工程的有效库容根据黄河上修建三门峡水库的经验和教训，三峡水库采用了“蓄清排浑”的运用方式，水库在汛期维持低水位，使泥沙可以顺利排出库外；在非汛期水流含沙量减少时，水库蓄水兴利。按照数学模型计算的结果，在水库运用100年后，在汛期限制水位145m和正常蓄水位175m之间的防洪库容可以保持86%；175m和枯水期限制水位之间的库容可以保持92%。因此，三峡工程的大部分有效库容是可以长期保存的。 (2) 三峡水库泥沙淤积后可能产生的淹没问题依靠数学模型，计算了水库淤积100年后，遭遇百年一遇洪水时的库区回水曲线，求得重庆朝天门地区的洪水位为199m，但考虑到水库蓄水和淤积后糙率的不确定性，专家组要求增加1？3m的安全裕量，以决定重庆市区的淹没范围。对于农业地区，土地按5年一遇回水线征用，居民则按20年一遇回水线迁移。 (3) 变动回水区的航道，港区泥沙淤积问题

三峡水库蓄水后，常年回水区的滩险均被淹没，除青岩子，金川碛主航道由右槽倒向左槽，需要在新航槽中清除礁石外，其他滩险均可得到明显改善。变动回水区汛期产生淤积，汛后因水库蓄水，减少冲刷在翌年消落期有短期航深不足现象，需要进行航道疏浚和整治工作。重庆主城区港口码头前沿，在丰沙年泥沙淤积增加，可能影响正常作业，专家组认为：“可以通过优化水库调度，结合港口改造，认真研究整治和疏浚措施，加以解决。” (4) 坝区的泥沙淤积问题三峡水利枢纽工程包括挡水大坝、泄洪坝、电厂、船闸、升船机等，因此设置了规模巨大的坝区实体模型，研究不同阶段坝区泥沙淤积对河流形态和各项建筑物的影响，从而为枢纽总体布置提供了科学依据。 (5) 三峡水库运用对下游河床演变的影响三峡工程建成蓄水后，下游水流含沙量减少，将引起下游河道长时间、长距离的冲刷下切。依靠数学模型，预报了三峡工程运行后下淤河道冲刷发展过程，同流量水位变化以及对防洪、航运、供水的影响。提出了需＃控制宜?水位，整治芦家河卵石浅滩以及对荆江和城陵矶以下河道河势控制和堤防安全建设的课题。在三峡工程可行性论证期间，数字模型计算和实体模型试验对工程方案的选择和决策发挥了重要的作用。因此，我们十分重视利用长江干支流上已经建成的水库和在河道上获得的实测资料对上述数学模型和实体模型进行验证和对比。通过这些工作，改善了模拟技术，提高了模型的可信程度。当然，在这里并不是说现有的数学模型和实体模型已经很完善了。随着三峡工程开始蓄水运用，我们将积极利用三峡工程本身的原型观测资料对上述模拟技术作进一步的验证和改进。 2 1993年以来三峡工程的泥沙研究 1992年“人大”会上，通过了建设三峡工程的议案，1993年开始了三峡工程的施工准

涪江干流武都水库工程泥沙研究

面向二十一世纪的泥沙研究成都2000 416 涪江干流武都水库工程泥沙研究1 许天柱（四川省水利水电勘测设计研究院成都 610072）摘要本本文就武都水库工程泥沙设计中存在的一些泥沙问题进行分析研究。该水库工程属泥沙不严重工程，库沙比在100以上，但由于其库尾回水变动区内有一大型厂矿的生活区，人口众多，如考虑淹没搬迁，工程投资将大大增多，因此必须对其淹没和浸没影响进行深入细致的研究，确定合理的运行水位。通过多方案的分析比较，选择适当的水库调度方式可以解决本工程的泥沙问题。关键词水土环境水土流失成因侵蚀类型防治对策关键词：回水变动区、回水末端、排沙比、溯源冲刷。 1 工程概况涪江武都水库是大(2) 型具有防洪、兼灌溉、发电、工业和生活供水等综合利用工程。水库坝址位于四川省江油市武都镇北面约3km的涪江干流摸银洞河段。其地理座标为东经104°46′30″，北纬31°54′54″。涪江是长江二级支流，源于四川省松潘县境内岷山东麓三舍驿的红星岩，流经平武、江油、绵阳、三台、射洪、遂宁和潼南等市县后，于合川市汇入嘉陵江。干流全长670km，流域面积36400km2，水利资源丰富。其多年平均径流量达166.7亿m3，水能蕴藏量达200万kW以上。根据流域规划，涪江干流铁笼堡以下共分41级开发。其中，武都水库上游规划有9级水库或电站，下游有已建武都引水工程的首部枢纽及其它32级已建或规划的水利工程(多为电航结合工程)。武都水库是涪江上游最后一级水库，其位于龙门山前山边缘，处于龙门山暴雨区。坝址上游干流河长224km，坝址控制流域面积5807km2。涪江流域中下游地区经济发达，农业上是四川腹地主要粮食和经济作物产区之一，但历史上频遭干旱威胁。工业上以绵阳、江油市等为中心形成了包含若干大型企业的新兴川西北工业区，对能源和工业生活用水的要求日益迫切。涪江干流绵阳以下段，历来是省内主要通航河段，但航运事业的发展受到枯期流量不足和综合用水矛盾的严重影响。尤其是，涪江在历史上又是一条洪灾频繁的河流。由于中下游河谷地区地势较低，人口稠密，城镇和工业集中，耕地较多，故遭受洪灾时损失大，影响严重。根据洪灾调查资料，如遭遇200年一遇洪水，中下游地区，将产生80多亿元的损失。随着近年来该地区经济的高速发展，洪灾的损失和影响愈来愈严重。因此，由于水库所处位置的特殊性，武都水库建成后，将对涪江流域经济的发展和洪灾的防治起着巨大的作用。 2 天然来沙 2.1 流域产沙概况武都水库库尾以上为山区，主要为岷山山脉和龙门山脉组成。海拔在1000米至3500米左右，北川平武一带少数高山海拔在3500米以上。涪江干流穿行于丛山峻岭之间，河谷狭窄，河道多急弯，落差较大，河道比降为6‰，河床组成以卵石为主，河床断面呈U型。由于上游坡 1本工程在设计过程中受到我院张仁忠副总工程师的指导，在此表示衷心的感谢!

中国泥沙研究述评

文章编号:1001-6791(1999)03-0337-08 中国泥沙研究述评王光谦 (清华大学水利水电工程系,北京100084)摘要:我国的泥沙研究取得了巨大成就,是少数几个保持国际领先水平的学科之一。对泥沙学科的特点进行简要说明;介绍了我国泥沙研究取得的代表性重要成果;讨论了泥沙学科未来的发展趋势。关　键　词:中国;泥沙研究;评述中图分类号:T V 152 文献标识码:A 1　泥沙学科的研究领域泥沙学科主要包括泥沙运动力学、河道演变学、工程泥沙、航道与港口治理、水土流失与治理、高含沙水流与泥石流等方面的内容,研究水流中泥沙运动规律、河道演变规律,解决水利工程中的泥沙问题[1～15,36]。泥沙研究是水利工程师和地理学家共同关心的问题。我国古代李冰父子在修筑都江堰引水工程时,已经充分掌握了水流泥沙的运动规律,体现在: 修筑鱼嘴分流分沙,小水时流路走弯,较多的水量分入内江,大水时流路走直,较多的洪水通过主河道——外江泄洪,保证了位于内江的宝瓶口始终分得较为稳定的流量和较少的沙量。利用弯道环流作用,底部粗颗粒泥沙从凹岸向凸岸运动,把引水口布置在弯道的凹岸,减少了进入引水口宝瓶口的泥沙。在宝瓶口的上游修筑飞砂堰,连通内外江,小水时二次分流,大水时分流分沙,使得大洪水时泥沙起动通过飞砂堰排入外江。此外,由于宝瓶口的壅水作用,大部分泥沙沉积在宝瓶口前,便于在枯水期清理。!鱼嘴、飞砂堰、宝瓶口三者结合一体,使灌区只引进挟沙较少的清水,而岷江挟带的大量沙卵石则由排洪河道的外江宣泄,每年冬末岁修淘淤,这是都江堰工程一直顺利运行2000多年,历久不废的根本原因和基本经验。研究表明,都江堰工程设计与布置巧妙地利用了水流泥沙运动特性,完全符合现代泥沙运动力学原理。尽管国内外河道治理不乏成功的例子,但是泥沙学科的建立还是本世纪的事情。早在19世纪末期,法国的DuBoy s 第一次提出推移质运动的拖曳力理论。Gilbert 在本世纪初通过水槽实验研究推移质泥沙的运动规律,最早建立了推移质运动的模式和计算公式。Ro use 在30年代初类比分子扩散理论,导出了著名的悬移质泥沙浓度分布公式,至今还在广泛地应用。一门学科通常是由大师建立的,泥沙学科也不例外。Einstein [31～33]、Bag no ld [27～30]、Eng lund [34,35]等泥沙研究大师奠定了传统泥沙学科的基石。泥　第10卷第3期　1999年9月水科学进展ADVA NCES IN WAT ER SCIENCE V ol.10,N o.3 Sep.,1999 收稿日期:1999-07-15;修订日期:1999-08-15作者简介:王光谦(1962-),男,河南南阳人,清华大学教授,博士生导师,博士。主要从事泥沙运动力学研究,发表学术论文80余篇。

长江河流泥沙研究十年

长江河流泥沙研究十年余文畴，卢金友，龙超平，范北林（长江科学院）主要介绍近十年来，我院围绕三峡、南水北调等大型水利水电工程和长江中下游河道治理、开发利用工程的泥沙问题以及泥沙运动基本问题所开展的研究工作。 1 三峡工程泥沙问题研究三峡工程泥沙问题关系到枢纽建筑物的布置、施工期和建成后的运行、水库寿命、长江的防洪、航运、生态环境、岸线开发利用与河道治理等一系列重大问题，是三峡工程关键性技术问题之一。“八五”和“九五”期间，我院配合三峡工程初步设计和技术设计，开展了大量科研工作；主持完成了“八五”国家重点科技攻关项目中的“三峡工程下游河道演变及重点河段整治研究”专题、“三峡工程坝区泥沙淤积对通航和发电的影响及防治措施优选研究”专题和“三峡工程临时通航建筑物布置和施工期临时航道泥沙淤积问题及其对策研究”子题研究；承担了由国务院三峡工程建设委员会办公室泥沙课题专家组主持的三峡工程“九五”泥沙问题研究工作。为三峡工程设计和施工提供了可靠的依据。 1.1 库区泥沙问题为了研究上游干支流建库对三峡水库淤积的影响，利用数学模型计算分析了长江上游 2030年前已建、在建和可能兴建的溪洛渡、向家坝等总库容约557亿m3的15座大型水库对三峡水库淤积的影响。利用泥沙实体模型试验研究了三峡水库运用初期30年重庆城区河段的整治问题，提出了九龙坡和金沙碛等重点港区河段的整治工程方案。 1.2 坝区泥沙问题利用比尺为1∶150的正态整体泥沙模型和比尺为1∶50的正态局部泥沙模型，结合水槽试验、数学模型计算和原型实测资料分析，研究了三峡工程运用后，坝区河段泥沙淤积和河势调整规律；各种通航建筑物布置方案，在枢纽运用不同时期通航建筑物上、下游引航道的泥沙淤积规律以及通航水流条件；船闸和升船机引航道防淤清淤措施，包括引客水破异重流、利用水帘或气帘破异重流、松动冲沙和机械挖泥等措施；枢纽运用不同时期电站进水口前泥沙淤积高程与形态、过水轮机的泥沙粒径与数量、电站尾水渠流态与泥沙淤积，以及排沙底孔的布置方案；施工期坝区泥沙问题，包括导流明渠和临时船闸引航道泥沙淤积、施工围堰的防冲、导流明渠岸线防护、水厂取水口和施工码头位置选择等问题；右岸地下电站防沙问题。上述研究提出的成果已被工程设计单位采用，为枢纽建筑物设计、施工及运行提供了科学依据，其中施工一期泥沙问题研究成果的可靠性已为原型观测资料所证实。 1.3 坝下游泥沙问题利用数学模型和实体泥沙模型对三峡工程下游河道冲刷与演变及其对防洪、航运影响等问题进行了研究。利用一维泥沙数学模型计算分析了三峡工程运用后坝下游宜昌至大通长约 1100km河段的河床冲淤数量、分布与冲淤过程，沿程水位变化过程；利用二维泥沙数学模型计算和实体泥沙模型试验，研究了三峡工程修建后上荆江重点河段的河势调整趋势；研究了三峡工程修建后荆江三口分流道的冲淤变化及荆江与洞庭湖水沙关系变化；并研究了荆江、洞庭湖冲淤联算的数学模型。在上述工作的基础上，对三峡工程运用后荆江河道演变及河势控制进