荆江河段4次裁弯后干流河道调整研究

1949~1979年长江中游的荆江河段共发生4次裁弯，包括2次自然裁弯（碾子湾和沙滩子）和2次人工裁弯（中洲子和上车湾），裁弯后上下游的河床和河势发生显著调整。基于实测水文资料和遥感影像（1955~2016年），计算2次人工裁弯后新河道的冲刷量，并验证老河道的淤积量，分析裁弯后4个牛轭湖的发展过程与现状，并指出荆江4个牛轭湖的快速衰退主要受当地人类活动影响。荆江河段的裁弯增加了河床比降，引起水流功率的调整，促使河床长期冲刷下切和床沙粗化。荆江4次裁弯完成后，直至1990年代荆江河床才基本达到冲淤平衡，且下荆江略有淤积。 关键词： 长江中游；弯曲河道；裁弯；冲刷；水流功率；牛轭湖     

船舶螺旋桨射流对湘江河床底泥扰动影响分析

船舶航行时螺旋桨产生的射流会对河道水流产生扰动,这种扰动是否能引起河床底泥的再悬浮需要更深入的论证分析。通过对比分析螺旋桨射流发展规律的研究成果,以湘江典型河段为研究对象,结合实船测量结果和此段河流地质资料,探讨了螺旋桨射流对湘江长株潭段河床底泥扰动的影响,并对此段河床底泥起动和悬浮条件进行了理论分析。结果表明:在周围环境流速较低的条件下,螺旋桨射流初始速度、河床水深及泥沙粒径是决定泥沙是否运动的主要因素。湘江长株潭河段已基本库区化,大部分河道平均水深远大于航道的标准水深2.8 m,河床泥沙平均粒径大于0.87 mm,其中细颗粒泥沙很少,由于螺旋桨射流断面平均流速小于泥沙起动流速,悬浮指标计算值远大于4,因此可以判断船舶正常航行在该段河流时底泥难以起动和再悬浮。     

洞庭湖淤积、围垦对湖区江湖洪水影响的模拟

应用数值模拟技术,通过建立洞庭湖与长江耦合的水动力学数值模型,并利用长江沿江的宜昌、枝江、沙市、监利、螺山和洞庭湖区沿湖的南咀、小河咀、沅江、鹿角、岳阳和城陵矶等水文测站的水文资料,开展洞庭湖区湿地恢复的洪水效应模拟计算,选用1998年6月15日~8月31日洪水资料作为模型计算依据。通过模拟计算,对1952年以来洞庭湖淤积、围垦对江湖洪水的影响进行了定量评估。结果显示,1952~1998年的47年间,洞庭湖湖泊湿地围垦对江湖洪水位升高影响的相对量是湖泊淤积对江湖洪水位升高影响值的2～10倍。     

岷江汤坝航电枢纽工程对水环境的影响研究

为研究长江上游岷江航电的开发对水环境带来的影响,选取岷江航电梯级水库中的第二级汤坝航电枢纽工程为研究对象.利用2016年的监测数据,分析了现状年库区渠化河段来流负荷,通过构造MIKE21水动力水质数学模型,对汤坝建成前、汤坝建成后和Ⅲ类来水情况下渠化河段的水质变化进行了数值模拟,分析了支流汇入后的污染带变化,并计算了3种情景下的水环境容量.结果 表明,现状年库区渠化河段来流污染源负荷主要来源于岷江干流.汤坝建成后,坝前CODcr和NH3-N浓度均满足Ⅲ类水质标准,TP浓度属劣Ⅴ类;在Ⅲ类来水情况下,坝前CODcr、NH3-N浓度满足Ⅲ类水质标准,TP浓度属Ⅴ类.支流汇入渠化河段形成的污染带面积较天然状态下发生变化:除镇江河和筒车河NH3-N不形成污染带以及太和河NH3-N的污染带面积减小外,其余支流水质因子污染带面积均较建设前增加.汤坝建成后,坝址处CODcr的水环境容量减少3280 t/a,NH3-N水环境容减少368t/a,TP无剩余水环境容量;Ⅲ类来水情况下,CODcr和NH3-N的水环境相比建设前减少,TP无剩余水环境容量.筒车河三类水质因子水环境容量增加,而镇江河水环境容量减小,建坝前后太和河均无剩余水环境容量.研究可为岷江航电污染源削减及应对措施的指定提供科学依据.     

引洪淤滩 改善黄河滩区环境

1　滩区堤沟河形成的原因黄河下游中低滩区 ,主要是指东坝头到陶城铺区间。这里滩面辽阔 ,串沟众多 ,1 95 8年以后 ,该段河道内左右岸滩区普遍修筑了生产堤 ,约束了洪水漫滩 ,中小洪水老滩区基本上不能进水 ,只能漫淤两岸生产堤之间的嫩滩。致使河槽和嫩滩淤积多 ,生产堤外的老滩区淤积少 ,生产堤内外形成 2～ 4ｍ的高差。目前 ,生产堤虽然已按国家防洪要求破除了口门 (占总长度的1 /5 ) ,但口门大多处于不偎水的直河段和背水弯道外 ,口门前有既宽且高的嫩滩地 ,造成漫滩水流经嫩滩时 ,大量泥沙直接落淤到嫩滩上。另外近几年国家加大了对黄…     

近期长江口南北槽分流口河段悬沙输运机制研究

针对近期长江口南北槽分流口地区出现新的河床冲淤演变情况,对分流口河道尤其北槽入口河段多次实测水文结果进行分析,探讨了分流口河道悬沙输运机制。〖JP2〗通过引入输沙机制影响强度尺度参数,得到悬沙输运机制的数学表达形式,并进一步探讨了北槽入口河道产生淤积的原因。结果表明：(1)北槽分流口存在三级输沙机制,且不同输沙机制项在近口段、口中段和口内段各段中影响程度也不相同;(2)分流口泥沙来源于南港河段,在向“南港-北槽”输运过程中,一部分泥沙受到分流潜堤拦截,落淤在潜堤北侧造成九段沙沙头持续淤长;(3)悬沙在口中段受两项输沙机制的共同控制下,跨跃航槽,横向输运。并在输移过程中落淤,最终形成北槽入口局部区域的持续淤积     

基于GIS和RS的三峡库区重庆段钉螺可疑滋生环境研究

三峡库区位于江汉平原和四川成都平原两大血吸虫病流行区之间。经调查，三峡库区重庆段从未发现血吸虫唯一的中间宿主——钉螺的分布。但水库蓄水后，水面增大，流速减缓，泥沙淤积量增加，库区内可形成冲积洲及滩地，加之库区的气候条件适宜，很可能导致钉螺的孳生及扩散，使血吸虫病蔓延到库区。利用GIS和RS技术，探讨了在三峡库区寻找钉螺可疑滋生环境的方法。使用的主要数据包括1971~2000年的重庆市及周边气象站点的观测气象资料、长江主航道及其支流的水文数据以及4景ETM遥感影像。根据适宜钉螺生存的气象要素、消落带和植被等关键生态参数，试图找出三峡库区重庆段适宜钉螺生存的可疑滋生区域，并确定了巫山的大昌镇和开县的渠口镇为重点监测区     

长江口南港北槽河床底质时空分布特征分析

在前人研究及大量长时间、连续、大范围河床底质现场采样资料的基础上,对长江口南港北槽河床底质时空分布特征进行了初步分析,并从河床底质的角度对长江口深水航道回淤物质来源进行了初步的探讨。研究表明:长江口河床质具有总体较细、上粗下细以及时空分布不均匀等特点;南港北槽河床质的变化与风浪掀沙、底沙过境、洪枯季变化等因素有关;南港段河床质季节性变化大于北槽;南港河段河床底质有细化的趋势;长江口深水航道回淤物质偏粗且与周边河床质组成相近,航道回淤应关注滩槽泥沙以近底高含沙水流方式的交换。     

近期长江口北槽河段河槽演变对人类活动的响应

利用多波束测深系统在2014年11月期间测量长江口北槽河段的河槽地貌形态,获取高精度的床面微地貌资料,结合北槽河槽底质资料和1979～2019年期间的海图水深数据分析近期北槽河段的河槽演变特征,探讨人类活动对北槽河槽演变的影响。结果表明:在人类活动的强烈干扰下,1979～2019年的40年期间,北槽河段(上段至口外段)以河槽侵蚀为主,净冲刷的泥沙体积达0.36×10~(8 )m~3,平均每年冲刷0.009×10~(8 )m~3,北槽河段水深增大可能加剧了盐水入侵;在流域大型工程尤其是三峡大坝的影响下,长江流域输送到河口的沙量持续减少,致使近期严重的河槽侵蚀发生北槽河段口外段;在深水航道治理工程的影响下,近期北槽河段(上段至下段)总体上呈现主槽侵蚀、两岸淤积和深水航道泥沙回淤严重的特征;北槽床面上存在着常见床面微地貌形态(平滑床底、沙波和冲沟)和人为强干扰下的床面形态(疏浚痕、凹坑和洼地);在北槽中段和下段发育的沙波的波长的均值分别为39.41和11.11 m,波高均值分别为0.48和0.33 m,与沙波有关的河槽糙率(Ks)的值分别是0.14和0.19,且此次观测到的小范围沙波为首次在北槽河段(长江河口最大浑浊带)观测到的沙波微地貌。     

洞庭盆地东部地表垂直形变空间分布及原因分析

以洞庭盆地东部地区的南大膳、新河口、郭镇市、新墙、桃林寺5幅1955年和1983年1∶50 000地形图为数据源,运用地理信息系统(GIS)技术对数据进行矢量化、数字高程模型和形变模型构建,得到研究区地表垂直形变空间分布图,并结合研究区地表垂直形变分布图、洞庭盆地地质资料以及泥沙淤积资料,对研究区地表垂直形变的原因进行了分析。结果表明:(1)1955~1983年期间,南大膳-新河口地区沉降区面积大于抬升区,在其沉降区,构造沉降起主导作用,促使地表沉降,而在其抬升区,泥沙淤积和人类活动起主导作用,促使地表抬升;(2)郭镇市-新墙-桃林寺地区抬升区面积远远大于沉降区,其沉降区基本沿水域分布,流水冲刷与人类活动起主导作用,促使地表沉降,而抬升区主要表现为一般抬升,主要受幕阜山隆起影响;(3)盆地中心中部地区(南大膳-新河口)受构造沉降影响,以沉降为主,但局部地区在流水冲刷、泥沙淤积和人类活动影响下,或沉降加深,或地表抬升;盆地边缘地区(郭镇市-新墙-桃林寺)受到构造抬升影响,以抬升为主,但局部受流水冲刷、泥沙淤积和人类活动影响,或沉降,或抬升加强。因此,研究洞庭盆地地表垂直形变分布状况及原因,对掌握洞庭盆地演变趋势和洞庭盆地的工农业规划建设具有重要的理论意义。     

河口泥沙再悬浮对悬沙中重金属元素的影响

基于1997年3月9日和7月27日长江口南槽定点连续观测资料。分析了河口泥沙再悬浮对重金属元素的影响。研究结果表明，在长江口南槽，近底悬沙浓度和悬沙中重金属含量均随时间变化而变化，且两者具有良好的对应关系；因子分析结果显示对所有金属元素都占绝对优势的F1因子为泥沙再悬浮，泥沙再悬浮现象对本次观测中近底泥沙中重金属含量变化起主导作用。泥沙再悬浮一方面会导致悬沙和床沙的混合。另一方面有可能导致重金属从泥沙中向水体中再释放，在长江口南槽，枯季近底悬沙中重金属含量的变化主要缘于悬沙、床沙的混合；而洪季除悬沙和床沙混合之外，还存在泥沙再悬浮过程泥沙中重金属的释放，这可能与洪季高水温、低溶氧等环境因素以及强烈的水动力条件有关。     

长江宜昌水文站流量、含沙量和悬移质粒度关系

以长江宜昌水文观测站实测资料为基础，基于长江上游河道特点，用回归分析的方法研究了宜昌站流量、含沙量与悬移质泥沙粒度的复杂关系。通过对流量、含沙量多年年内变化的正相关特性的分析，建立了流量与含沙量之间相应的回归模型；通过对流量与悬移质粒度复杂关系的研究，揭示了二者明显的双值关系以及水流挟沙力的控制性影响。对水文数据年际变化的研究表明由于短时间尺度内长江上游流量没有阶段性变化，流量与含沙量之间相关性不是很好，丰水年不一定是丰沙年；悬移质粒度与流量变化基本上不存在周期性变化。     

近期长江口南支河道洪季含沙量时间变化及床沙再悬浮研究

基于2011年洪季在南支河道从小潮至大潮连续8天现场定点观测所获得水沙观测数据(包括潮流、悬沙浓度、悬沙粒度和表层沉积物样品),通过对悬沙浓度、悬沙粒度和沉积物在不同时刻的组成分析,以及流速、悬沙和底床切应力的相互影响分析,对长江河口南支河道悬沙随时间变化特性和河床沙再悬浮作用进行了研究。结果表明:观测期间南支主槽下段落潮水动力强于涨潮;落潮悬沙浓度高于涨潮,并由小潮至大潮逐渐增加;落潮悬沙粒径粗于涨潮,并随小潮至大潮不断粗化;河床沉积物颗粒较粗,细砂类组成达到90%以上;流速、悬沙及底床切应力之间存在显著相关性;河床泥沙再悬浮强度较强,其量值有限。而近期研究区域悬沙浓度和水沙关系发生变化,与流域来沙出现锐减有关。     

The dispersion of 137Cs and 239,240Pu in the Rhone River plume: a numerical model

A numerical three dimensional model to simulate the transport of Cs and Pu by the Rhone River plume has been developed. The model solves the hydrodynamic equations, including baroclinic terms (that account for density variations) and a turbulence model, the suspended matter equations, including several particle classes simultaneously, settling, deposition and erosion of the sediment, and the radionuclide dispersion equations. Exchanges of radionuclides between the liquid and solid phases are described in terms of kinetic transfer coefficients. The dependence of these coefficients with water salinity is explicitly included in the model since it changes from freshwater to seawater values in the model domain. Computed activity levels in water, suspended matter and bed sediments are, in general, in agreement with measurements in the area. The model can also give a wide amount of information, as distribution coefficients for total suspended matter and sediments and for each particle class, fractions of radionuclides fixed to solid particles, and vertical profiles of radionuclides and distribution coefficients.     

Modelling the long-term behaviour of radiocaesium and radiostrontium in two Italian lakes

The present paper describes the application of a state-of-the-art model to two lakes in central Italy (Trasimeno and Monterosi) for the assessment of migration parameters of (137)Cs and (90)Sr (migration velocity to sediment, transfer rates from sediment to water and to bottom sediment). Applications of a compartment model and a model based on the diffusion equation to predict the behaviour of pollutants in water and through bottom sediment are presented and discussed. The application of the diffusion equation shows some difficulties of a general nature and typical of such a modelling approach. Moreover, there is no evidence of significant improvements of the model performances when the diffusion equation is applied. Very low levels of sedimentation rate of suspended matter in Lake Monterosi were evaluated by the quantitative assessment of radiocaesium migrating to bottom sediment. This suggests that, in this lake, the removal of radionuclide from the water column is mainly due to the turbulent mixing of bottom sediment causing radionuclide burial.     

Modelling the long-term dynamics of radiocaesium in closed lakes

During the years after the Chernobyl accident the radioceasium activity concentration in most contaminated aquatic ecosystems decreased markedly. Lakes with no permanent inflows and outflows (closed lakes), however, still present a radioecological problem which is expected to continue for some time. In this paper, a mechanistic model for the long-term prediction of radiocaesium behaviour in closed lakes is developed. The model of Prokhorov (Radiokhimiya (Radiochemistry) 11 (1969) 317) was modified to describe the effects of bottom sediment bioturbation, surface runoff from the catchment and suspended solids formation and sedimentation. The model input parameters are the effective diffusion coefficient in bottom sediments, depth of the completely mixed layer, the distribution coefficient in the sediment-water system, the runoff coefficient, sedimentation rate, and deposition density. Values of all these parameters can be independently estimated or measured in a short-term experiment. Given negligible runoff and sedimentation, the dynamics of radiocaesium in lake water is described by a simple equation with only one unknown parameter. This allows us to make long-term predictions on the basis of a series of measurements carried out during the relatively short period. The model was tested against 137Cs activity concentrations measured between 1993 and 1999 in Svyatoe lake in the Bryansk region of Russia. Calculated and measured activity concentrations are in good agreement.     

长江口南北支水沙特性观测研究

利用2009和2010年洪枯季、大小潮长江口南北支长时间序列的水沙盐观测资料,系统分析了近期南北支的水沙盐时空分布特征及南北支之间的关系,探讨了北支水沙盐倒灌,特别是泥沙倒灌对南支水域悬沙浓度的影响。分析结果表明:北支盐度和悬沙浓度年际、季节性及大小潮差异明显,一般大潮大于小潮,枯季大于洪季,平水年大于丰水年;南支受径流影响大,悬沙浓度均值在0.2kg/m3左右,盐度在0.25‰左右,南支悬沙浓度和盐度的大小均较北支小一个量级,其变化较北支复杂,尤其是在落潮时段盐度和悬沙浓度短时间内明显增加。北支作为河口唯一受潮汐控制的分支,水沙盐倒灌南支,倒灌期间南支悬沙浓度增加,洪季大潮有微弱沙量倒灌,悬沙浓度有0.05kg/m3的增幅,枯季大潮泥沙倒灌尤甚,南支悬沙浓度长时间维持在0.25kg/m3左右,最高可达0.62kg/m3。如上游径流量减小显著,则北支泥沙和盐水倒灌对南支的影响会增大。     

A modelling study on 137Cs and 239,240Pu behaviour in the Alborán Sea, western Mediterranean

A model for simulating the dispersion processes of 137Cs and 239,240Pu in the Alborán Sea is described. The model consists of two hydrodynamic models: a 2D depth-averaged model and a two-layer model which provide tidal and geostrophic currents, respectively; a sediment transport model which provides suspended particle concentrations and sedimentation rates over the domain; and the radionuclide dispersion model including interactions of dissolved radionuclides with suspended particles and bed sediments. These processes are formulated using kinetic transfer coefficients. The hydrodynamic and sediment models are run and validated in advance, and their results are then used to simulate the dispersion of 137Cs and 239,240Pu, which are introduced from atmospheric fallout. Radionuclide concentrations in the water column and distributions in bed sediments have been compared with measurements in the sea. Both set of data are, in general, in agreement. The model has also been applied to calculate radionuclide fluxes through the Strait of Gibraltar. These computed fluxes have been compared with previous estimations as well.     

长江口南槽中段枯季水沙输运特征研究

根据2015年1月7日至14日在长江口南槽中段主槽内获得的流速和悬沙观测资料,运用机制分解法分析了从大潮到小潮连续变化过程中南槽中段的水沙输运机制,通过小波分析方法探讨了悬沙浓度和流速的周期性对悬沙输运的影响。研究结果表明:(1)在一个大小潮周期过程中各潮周期的单宽净输水以向海为主,斯托克斯余流和欧拉余流的强度由大潮到小潮呈减小趋势;(2)各潮周期的单宽净输沙以向陆为主,与净输水方向相反,输沙强度从大潮至小潮呈现"小-大-小"的变化特征,该特征的产生与潮泵效应输沙的剧烈潮周期变化有关,平流输沙、潮泵效应输沙与垂向净环流输沙项是影响潮周期净输沙的主要成分;(3)小波分析表明,悬沙浓度和流速具有多个时间周期的变化,它们与水位的联合作用导致瞬时输沙率具有2个明显的时间周期变化。