小浪底水库运用初期支流淤积形态分析

通过小浪底水库实测干支流河道的断面资料,分析了水库运用初期支流的淤积形态,以及与干流的淤积关系.分析表明,支流淤积完全受干流淤积形态的影响,汛期干流来沙形成异重流倒灌,非汛期干流冲刷淤积体,形成浑水到达坝前并使沿程支流淤积.支流口建库前与建库后相比河道最低点淤积抬升值与距坝距离成反比,与支流口建库前最低点高程成反比.各支流淤积在横断面上平行抬升,在纵断面上成锥体淤积.     

丹江口水库水沙淤积特性分析

丹江口水库是由汉江库区和丹江库区组成的并联水库.根据多年平均入库水沙资料,分析了水库的水沙特性和淤积变化.结果表明,丹江口水库入库水沙地区分布极不均匀,汉江库区来水量和来沙量占绝大多数.入库水沙年内分布也极不均匀,来水来沙量均集中于汛期.水库十流库区淤积量占全库的85%左右,支流库区淤积量在15%左右.在于流库区中,汉江库区淤积量占全库的70%左右,淤积主要发生在汉江库区.汉江库区泥沙颗粒组成常年回水区以泥土为主,占81.9%～100%;变动回水区以泥沙为主,占46.8%～98%.汉江干流库区纵向淤积特点是常年回水区淤积多,变动回水区少;从库容变化上来看,中间库段库容损失大;两头库段库容损失小.横断面淤积特点主要分布在两岸边滩.最后,对丹江口水库泥沙淤积变化进行了预测分析.     

白石水库运行初期泥沙淤积观测与分析

白石水库为辽西多泥沙河流大凌河干流的控制性水利枢纽工程,水库于2000年底建成并投入运行。白石水库的初期运行近10 a,水库泥沙淤积十分严重,防沙减淤已成为水库日常运行管理的重中之重。通过对2008年底水库监控断面的淤积测量与水库来水输沙率监测值计算的对比分析,确定水库当前的淤积总量,根据断面监测数据判断泥沙淤积形态;分析水库淤积现状,提出控制或减少水库淤积的措施,从而延长水库的有效使用寿命。     

含沙量对U型渠道水流流速横向分布律的影响

探索含沙量变化对U型渠道水流流速沿横向分布的影响,进而从理论上完善挟沙水流流速分布规律,对渠道水沙运动规律的研究有重要意义。引入指数流速分布公式,通过U型渠道水槽试验,测定水流中含沙量为1.12～500kg/m3时,指数公式中流速横向分布系数的变化规律,说明U型渠道挟沙水流流速沿横向分布遵循指数流速分布规律。在含沙量s<300kg/m3下,流速横向分布系数随着含沙量的增大呈线性缓慢增大,当含沙量s≥300kg/m3时,流速横向分布系数由缓慢增大变为急剧增大,说明水流流型已发生了变化;含沙量s≥50kg/m3时,U型渠道的中心出现了核心区,核心区随着含沙量的增大而变宽。     

浅谈灌区冬季输水渠道防冰和防冻胀措施

在我国农作物种植过程中,为了解决灌溉问题普遍兴建农田水利设施.然而在我国北方地区,冬季气温偏低会造成输水渠道存在结冰问题,进而造成渠堤稳定性差、渗漏损失多,对农业生产造成不利影响,因此需要切实做好防冰和防冻胀措施.以甘肃省金昌市为例,从灌区输水渠道冻害的类型和表现入手,讨论输水渠道防冰和防冻工作存在的问题,及灌区输水渠...     

灌渠闭闸期闸前段流场特征及泥沙淤积速率分析

为研究灌渠闭闸期闸前段流场特征及泥沙淤积速率,基于南亚某河流待建引水明渠建立水流数学模型,并借助Flow-3D软件对高水位、中水位和低水位3种特征工况下,闭闸期闸前段流场进行模拟分析。依据盲肠水流泥沙运动的研究思路,提出闭闸期闸前明渠段泥沙淤积速率的估算方法,并结合同期明渠段悬移质泥沙模型试验资料,率定得出闸前段泥沙淤积速率求解公式。结果表明,闭闸期闸前段出现围绕竖轴近似呈椭圆型的回流现象,平面流速呈交替增减、水位呈中心低周界高的水力特征;泥沙淤积速率较大,灌渠将呈现累积性淤积特征。最终得出,闭闸期闸前明渠段与港池内盲肠水流运动相类似,闸前渠段淤积严重,引水明渠的口门初步设计方案有待充分论证的结论。     

樊村水库淤积分析及清淤措施

泥沙淤积现已成为影响各水库正常运行的一个大问题。樊村水库1958年3月蓄水运行以来，至1984年已淤积9．7万m^3。为了解决水库清淤问题，常采用引水冲滩、两栖挖泥机排沙、水力挖塘机组排沙、水力吸泥排沙、挖泥船施工排沙和人工清淤等措施。通过对各种清淤措施的比较分析，认为应用水力挖塘机组排沙较为经济合理。这种方法，具有清淤排沙效率高、耗水少、耗资低、灵活性较大等优点，加之机组结构简单、机重较轻、拆装方便，适用于中小型水库清淤。     

旋流排沙渠道排沙特性试验

旋流排沙渠道是基于旋转水流的特点提出的一种水沙分离新技术,为明确不同来流条件对旋流排沙渠道排沙特性的影响,该研究通过物理模型试验探究了来流流量、来流流速、泥沙级配及下游渠道水力条件下旋流排沙渠道的排沙、余沙及淤沙特性,分析了其截沙率变化规律。结果表明,当来流条件改变时,旋流排沙渠道的排沙特性发生规律性变化,在来流流量增加或流速增加或来沙中值粒径减小情况下,旋流排沙渠道的排沙量减小,余沙量增加,其中改变来流流量对截沙率的影响最为明显,最大变幅为16.3%。不同水沙条件下0.075～0.315 mm细颗粒泥沙的排沙量及余沙量均存在较大差异,且下游渠道余沙均以该粒径区间的泥沙为主,而粒径>0.315～3.0 mm泥沙的排除效果受水沙条件改变的影响极小。排沙洞内泥沙淤沙量随来流量和泥沙中值粒径的增加而增加,而随流速的增加而减少,但各水沙条件下最大淤沙量仅为来沙量的2.6%。在渠道下游设置挡水板后,旋流排沙渠道的排沙性能得到进一步提升,提高了粒径>0.16～0.315 mm泥沙的排除效果,与不设挡水板相比截沙率增加了4.6个百分点,改善了排沙洞内的泥沙淤积问题。旋流排沙渠道具有良好的泥沙分选效果,能有效排除高含沙水流中的粗颗粒泥沙（在不同水沙条件下最小截沙率为76.9%）,从而减少了泥沙对渠道下游设施的影响,因此工程中可通过优化流量、流速、下游水力条件等提升旋流排沙渠道的排沙特性。该研究明确了不同水沙条件下旋流排沙渠道的适用性,成果可为其在工程中的设计和应用提供参考。     

北方灌区混凝土衬砌渠道断面优化及参数分析

人工明渠是中国北方灌区采用的主要输水方式。合理的渠道断面参数计算是水利计算中的重要环节。因此,合理的模型与较高精度的计算方法是求解渠道断面的关键。然而传统灌区混凝土衬砌渠道断面优化设计仅从最优水力断面角度出发,考虑单一水力要素,而忽视了渠道冻胀安全以及工程造价的问题。该文建立了以最优水力断面、工程造价最小为目标,满足混凝土衬砌渠道冻胀要求的数学模型。根据模型非线性的特点,利用自适应粒子群优化算法,对混凝土衬砌渠道梯形断面结构进行优化,选用自适应粒子群算法可以很好地克服算法陷入局部最优解的问题。建立的模型将混凝土衬砌量与工程占地最小作为目标函数优化。优化结果在最佳水力断面基础上,满足边坡稳定与工程量最小。最后将模型应用于黑龙江依兰县倭肯河灌区学兴干渠,分析了渠道边坡系数、渠底宽和渠道水深对目标函数的影响规律。优化结果表明,模型计算所得渠道工程占地减小1.5%,混凝土衬砌量减小1.8%。各个参数中,边坡系数对目标函数影响较大。混凝土衬砌厚度由土壤性质、冻结力大小所决定。该研究成果为提高寒区混凝土防渗渠道优化设计水平及灌区运行效益提供了理论依据。     

联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析

为克服现有冬季输水梯形渠道冻胀力学模型未充分考虑冻结区与水下非冻结区差异,以及未考虑土体连续性的不足,该研究根据冻土与非冻土剪切刚度的不同,冻结区采用Pasternak双参数弹性地基梁模型,而非冻结区采用Winkler模型,综合Pasternak模型考虑土体连续性及Winkler模型易于求解、所需参数少的优点,提出联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析方法。以新疆玛纳斯河流域某冬季输水梯形渠道为例,计算渠坡衬砌板法向变形,并将本文模型、Winkler模型、Pasternak模型计算结果与观测值进行了对比分析,最后计算了衬砌板截面弯矩及上表面应力分布。结果表明：衬砌板法向变形可分为冻胀段、沉降段及冻胀-沉降过渡段三个部分,三种模型计算结果均能较好地反映衬砌板法向位移基本变化趋势,且本文模型计算结果与实测值更加接近,表明了模型合理性。衬砌板易开裂位置位于冻土区距离水位线10.0%～23.3%坡板长处,与工程实际相符。本研究可为寒区冬季输水梯形渠道抗冻胀设计提供科学参考与理论依据。     

边缝式迷宫滴灌带灌水器流道内泥沙沉积影响因素分析

为研究灌水器流道内泥沙颗粒淤积特性的影响因素,进一步降低物理堵塞发生的风险,该研究配置不同浓度（1.8、2.8、3.8 g/L）和不同粒径（0 $leqslant $ d < 0.054 mm、0.054 mm $leqslant $ d < 0.075 mm、0.075 mm $leqslant $ d < 0.1 mm）的含沙水,进行全组合间歇滴灌堵塞试验,对含沙水灌溉下灌水器泥沙沉积特性进行分析并对灌水器内流态进行数值模拟研究。结果表明：灌溉结束后,经由边缝式迷宫灌水器输出的泥沙中,黏粒与砂粒比例下降,粉粒比例上升,即灌水器弯曲流道对小于0.002 mm和大于0.05 mm粒径的泥沙具有明显阻滞作用,流道内堵塞的泥沙集中在0.054～0.1 mm的中大粒径范围内。灌水器流道内部流线在主流区呈波浪状前进,主流区水流流速大于近壁区,中部转角处流速均偏大。沙粒易受上转角和下转角处产生的漩涡影响而沉降集中在漩涡中心及背水面。滞留在漩涡区内的泥沙颗粒是引起灌水器堵塞的主要因素。为减少灌水器堵塞风险,在设计优化时宜考虑减少直角、锐角区域以减少漩涡区的形成。     

坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验

高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明：(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。     

加气对灌溉水黏性泥沙絮凝沉降的影响

为研究黄河水水肥气一体化灌溉时加气对灌溉水中黏性泥沙沉降能力的影响,配置5种浓度的高岭土悬浊液(1、3、5、7和10 g/L)和4种肥料质量分数(0、0.2％、0.5％、1.0％)的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水,分析了加气前后的相对含沙量、泥沙中值沉速和沉降泥沙中值粒径.结果表明:加气显著促进浓度为3～10 g/L黏性泥...     

基于LMDI-SD耦合模型的绿色发展灌区水资源承载力模拟

针对灌区大量引水导致的河道断流、生态环境恶化以及水资源利用效率不高等问题,开展绿色发展模式下水资源承载能力模拟研究。以宝鸡峡灌区为研究区,基于Divisia指数分解、Kaya恒等式以及系统动力学理论,提出对数平均迪氏分解与系统动力学耦合模型,从需水机理出发识别灌区用水量变化的主要驱动因子;运用情景分析法,考虑生态需水、高效节水、产业结构调整和外调水等情景设置5种模拟方案,对2017-2030年灌区需水量进行动态模拟;引入水资源承载指数探讨规划年2025年和2030年的水资源承载力水平。结果表明:灌区各部门用水定额对用水量变化起主要驱动作用;按方案1(现状发展模式),2025年水资源基本可承载灌区社会经济发展,但2030年出现轻度超载;方案5(绿色发展模式)通过对用水变化主要驱动因子的调控,到2030年,水资源承载指数均小于1,属于可承载状态。研究表明,通过合理的调控措施可有效地缓解灌区水资源供需矛盾、提升水资源承载能力。研究可为干旱半干旱灌区绿色发展模式下水资源合理开发提供科学的决策依据。     

水土保持对黄河输沙量的影响

采用回归分析方法,研究水土保持对1954—2005年黄河年输沙量的影响。结果表明：1）从24个备选自变量因子中筛选出的由＂河口镇到吴堡区间7—8月降雨量＂＂水土流失治理度＂和＂ln‘河口镇到龙门区间年降雨量’＂3个自变量组成的多元非线性回归方程,相关系数达到0.883,在α=0.001的水平上高度显著,该回归方程＂解释＂了1954—2005年黄河年输沙量76.5%的变化;2）水土流失治理度能够很好地＂解释＂20世纪80年代以来黄河年输沙量减少的趋势;3）当河口镇到吴堡区间7—8月降雨量处于最大观测值时,水土流失治理度由0增加到50%,计算年输沙量减少幅度超过20亿t/a;4）治理程度相同时,水土保持对黄河年输沙量的影响是降雨量大的大于降雨量较小的。     

泾河张家山水文站水沙特性分析及工程实例

为合理评价和利用多沙河流水资源,基于张家山水文站1956年-2009年逐日降水量、径流量、输沙量和含沙量数据,分析张家山站水沙变化特征。各系列多年平均特征值表明:输沙量不均匀系数最大,7、8月输沙量占全年的81%;降水、径流主要集中在7-9月。统计年降水量、径流量、输沙量和含沙量分期年平均特征值,前三者时段均值呈减小趋势,含沙量时段均值波动变化。Mann-kendall秩次相关检验显示年降水量、径流量和输沙量的检验值分别为2.39、4.45、3.36,都大于0.05的置信水平,均有显著减小变化趋势。输沙模数时段均值减小,来沙系数时段均值增大。灰色相关度和双累积曲线分析表明:径流与输沙量、降水量相关性较好,径流与输沙量关联度为0.64,比径流与降水的关联度0.62稍大。最后,探讨泾恵渠渠首排沙闸工程,泾恵渠引水合理沙限为15%,排沙闸适宜排沙流量为200m3/s。研究结果可为泾惠渠渠首改建工程设计提供参考。     

黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献

为探明淤地坝拦沙作用对河流输沙量变化的影响,依据淤地坝作用年限、坝控面积、坝控流域侵蚀产沙模数及淤地坝排沙率,确定淤地坝拦沙量的估算方法,并结合2009年淤地坝安全大检查数据,分析黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献.延河与皇甫川淤地坝在不同年代的拦沙量分别在92.48万～854.35万t/a与36.47万～1 138.75万t/a之间,淤地坝拦沙量占人类活动影响的比例在一级和二级突变后分别为29.1％、28.5％与8.4％、18.2％;2000年以后延河与皇甫川输沙量减幅均达到85％以上,而淤地坝拦沙量的贡献率分别小于10％和20％.淤地坝的拦沙作用已不是目前输沙量减少的主要因素,但由于土壤侵蚀环境的不同,淤地坝在皇甫川对输沙量减少的贡献比在延河要大.     

The assessment of sediment screening risk in Venice Lagoon and other coastal areas using international sediment quality guidelines

Background, Aims and Scope  A number of studies carried out in recent years have shown the presence of a wide range of contaminants in the Venice Lagoon. It is important to have a good understanding of the ecological quality of Venice Lagoon sediments, in order to: i) define and locate areas where a threat to the environment is present and therefore an intervention is needed (i.e. in situ assessment and management); and ii) define sustainable and environmentally correct ways of managing sediments which are to be dredged for navigational purposes or in relation to other interventions (i.e., ex situ management). Methods  To examine how various regional and international SQGs ‘classed’ screening risk in Venice Lagoon sediments, data on median contaminant levels in surface sediments in Venice Lagoon resulting from a literature review were compared to a range of local and international sediment quality guidelines (SQGs). Then data on sediment contaminant levels in various areas and sub-basins of Venice Lagoon (main Lagoon, Porto Marghera and Venice City Canals) and in other regional and international transitional and coastal ecosystems with various levels of human impact (urbanization and industrialization) were evaluated based upon a selected consensus-based SQG. Finally, screening sediment quality for all of Venice Lagoon was mapped and contoured, relative to this consensus-based SQG and briefly compared with direct toxicity measurement through a battery of bioassays. Results  SQGs allow the sediment areas to be put in terms of potential, or screening, risk. Although there were some differences depending upon which specific SQGs were applied, the Venice SQGs and other international SQGs provided the same general picture of screening risk in Venice Lagoon despite geographic differences. Venice Lagoon South has the lowest screening risk levels, Venice Lagoon Central/North has the highest (and is nearest to the Porto Marghera and Venice City Canals sites). Discussion  The Venice Lagoon sediments have hazard quotients on the low end of the range of moderately urbanized and industrialized sites and higher than background case studies reviewed. Hg levels in the Venice Lagoon were generally higher than equivalent sites, while other contaminants were either equivalent or lower. In Porto Marghera (PM) and Venice City Canals (VC), for many contaminants of interest, PM, and for some, VC sediments have the highest levels of any case study reviewed. Ranges are high, so in all cases, remedial or disposal decisions should be based upon site-specific (and preferably tiered) data. Conclusions  The use of hazard quotients makes it possible to compare screening risks due to different mixes of contaminants within and between sites, but results should be interpreted with caution. How these sites rank when compared to some of the other highly industrialized sites depends upon how data are synthesized and communicated. Actual risk must be evaluated using a weight of evidence (WOE) approach, as site-specific bioavailability and background levels will differ both regionally and internationally. Recommendations and Perspectives  Whilst there are subtle differences, the current Venice sediment classifications (A, B and C) ‘performed’ in a similar manner to SQGs in similar classes, suggesting that regions of Venice Lagoon would not be classified much differently if other SQGs such as TEL, ERL, PEL, ERM or AET were adopted. The Italian sediment quality objectives, on the other hand, are significantly more conservative than any other SQGs examined, with the exception of the Flemish Reference values. A number of European nations are considering criteria based upon contaminant levels in relatively pristine modern sites, or based upon derivations of historical (pre-anthropogenic) contaminant levels. When used as a standard, such an approach lacks discriminating power, designating almost all sediments within an urbanized or industrialized region as of concern, or even, in many cases, mandating action or prohibiting various management approaches in a large percentage of sediments. While generally based upon the laudable desire to return sites to unimpacted levels, there is a risk that overprotective criteria have the opposite effect: by designating too large a percentage of sediments as requiring management or control, limited resources may be improperly allocated. Which set of SQGs is most ‘appropriate’ for the Venice Lagoon sediments depends upon the questions being asked. However, the Venice classifications are currently being used as pass-fail criteria, without consideration of site-specific conditions. The fact that they performed similarly to SQGs in similar classes suggests that any work to develop more site-specific SQGs (with the same general decision classes) would probably not make much difference in how sediments were ultimately classified and managed unless the fundamental approach was changed from a pass-fail to a tiered and WOE approach integrated in a comprehensive decision framework. For Venice Lagoon, and for other regions, although SQGs should be developed with care, in a scientifically defensible and risk-based manner, an equally or more important issue to be addressed is their role in overall decision frameworks. ESS-Submission Editor: Dr. Marc Babut (marc.babut@cemagref.fr)