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長江上游壩下河道水沙運(yùn)動(dòng)與河床演變 版權(quán)信息
- ISBN:9787030675927
- 條形碼:9787030675927 ; 978-7-03-067592-7
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
長江上游壩下河道水沙運(yùn)動(dòng)與河床演變 本書特色
對(duì)于推動(dòng)泥沙運(yùn)動(dòng)研究的發(fā)展具有重要理論意義,同時(shí)在水利、水運(yùn)、水電工程中有著重大的實(shí)際意義。
長江上游壩下河道水沙運(yùn)動(dòng)與河床演變 內(nèi)容簡介
本書在地域范圍上聚焦長江上游,介紹了長江上游河道及水庫建設(shè)、水電規(guī)劃建設(shè)情況,分析了水庫建設(shè)運(yùn)行后壩下游水沙邊界條件變化特征及趨勢(shì),研究了壩下游水沙輸移和河床演變的基本規(guī)律,同時(shí),針對(duì)向家壩下游河段、葛洲壩下游河段等進(jìn)行了實(shí)例研究。 本書可供防洪減災(zāi)、河道演變與治理等相關(guān)專業(yè)的管理、規(guī)劃、設(shè)計(jì)人員及高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考。
長江上游壩下河道水沙運(yùn)動(dòng)與河床演變 目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 長江上游河道基本情況 1
1.1.1 長江流域概況 1
1.1.2 長江上游河道概況 2
1.2 長江上游水電規(guī)劃建設(shè)情況 9
1.2.1 金沙江水電基地 10
1.2.2 長江上游水電基地 14
1.2.3 雅礱江水電基地 15
1.2.4 烏江水電基地 17
1.2.5 大渡河水電基地 18
1.3 長江上游主要干支流水沙變化趨勢(shì)分析 20
1.3.1 主要水文站水沙變化分析 20
1.3.2 水沙關(guān)系變化驅(qū)動(dòng)因素分析 29
1.3.3 水沙特征及變化趨勢(shì) 34
1.4 結(jié)論與討論 37
參考文獻(xiàn) 39
第2章 壩下非飽和輸沙基本理論研究 40
2.1 研究背景與科學(xué)問題 40
2.2 飽和與非飽和模型比較研究 42
2.2.1 飽和與非飽和模型 42
2.2.2 算例分析 52
2.2.3 模型適用性討論 61
2.3 恢復(fù)飽和距離研究 62
2.3.1 恢復(fù)飽和距離定義 62
2.3.2 量綱分析 63
2.3.3 數(shù)值算例分析 64
2.3.4 以往試驗(yàn)算例分析 68
2.4 結(jié)論與討論 70
參考文獻(xiàn) 71
第3章 壩下水沙輸移規(guī)律模型試驗(yàn)研究 74
3.1 模型系統(tǒng)與試驗(yàn)設(shè)計(jì) 74
3.1.1 試驗(yàn)測控系統(tǒng) 74
3.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 78
3.2 非均勻推移質(zhì)清水沖刷試驗(yàn) 82
3.2.1 試驗(yàn)組次設(shè)計(jì) 82
3.2.2 與以往試驗(yàn)研究對(duì)比 83
3.2.3 促進(jìn)與抑制因子 85
3.2.4 相對(duì)影響因子 89
3.2.5 河床粗化過程研究 92
3.3 非恒定來流推移質(zhì)清水沖刷試驗(yàn) 95
3.3.1 試驗(yàn)組次設(shè)計(jì) 95
3.3.2 來流非恒定性對(duì)推移質(zhì)輸移的影響 96
3.3.3 床沙非均勻性對(duì)推移質(zhì)輸移的影響 102
3.3.4 來流非恒定性與床沙非均勻性的耦合作用 107
3.4 結(jié)論與討論 109
參考文獻(xiàn) 111
第4章 壩下河床沖刷特性模型試驗(yàn)研究 113
4.1 模型系統(tǒng)與試驗(yàn)設(shè)計(jì) 113
4.1.1 試驗(yàn)設(shè)備 113
4.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 113
4.1.3 試驗(yàn)方案及觀測內(nèi)容 116
4.2 河道沖刷調(diào)整過程的分形度量 118
4.2.1 河床表面分形維數(shù)的變化過程 119
4.2.2 不同河型河床形態(tài)沖刷調(diào)整及其河床表面分形維數(shù)變化 119
4.2.3 典型河段床面形態(tài)沖淤調(diào)整的分形度量 130
4.2.4 河床表面分形維數(shù)與河型關(guān)系的討論 135
4.3 河床調(diào)整對(duì)河道阻力的影響 137
4.3.1 流量對(duì)河道阻力的影響規(guī)律 137
4.3.2 侵蝕基準(zhǔn)面對(duì)河道阻力的影響規(guī)律 139
4.3.3 河型對(duì)河道阻力的影響規(guī)律 140
4.3.4 河床形態(tài)調(diào)整對(duì)河道阻力的影響 144
4.4 結(jié)論與討論 146
參考文獻(xiàn) 148
第5章 葛洲壩下游水沙運(yùn)動(dòng)及河床演變分析 149
5.1 河流地貌特征 149
5.1.1 河道概況 149
5.1.2 河岸構(gòu)造 149
5.1.3 河道邊界條件 152
5.1.4 河道整治情況 154
5.1.5 航道概況 154
5.2 水文泥沙特征 156
5.2.1 徑流特征 156
5.2.2 泥沙特征 157
5.2.3 水位及水面比降 161
5.3 河道演變主要特點(diǎn) 163
5.3.1 歷史演變 163
5.3.2 近期演變 165
5.3.3 河道演變特點(diǎn)及趨勢(shì) 179
5.4 枯水位變化分析 179
5.4.1 枯水位下降特點(diǎn) 179
5.4.2 枯水位下降的影響 180
5.4.3 原因分析 182
5.5 總結(jié)與思考 185
參考文獻(xiàn) 186
第6章 向家壩下游水沙運(yùn)動(dòng)及河床演變分析 188
6.1 水文泥沙特征 188
6.1.1 徑流特征 188
6.1.2 泥沙特征 189
6.2 河道邊界特征 191
6.2.1 河道形態(tài)特點(diǎn) 191
6.2.2 地理地質(zhì)環(huán)境 193
6.2.3 河床組成 194
6.3 河道演變主要特點(diǎn) 196
6.3.1 歷史演變 196
6.3.2 近期演變 199
6.4 總結(jié)與思考 220
參考文獻(xiàn) 221
長江上游壩下河道水沙運(yùn)動(dòng)與河床演變 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 長江上游河道基本情況 1.1.1 長江流域概況 長江發(fā)源于“世界屋脊”青藏高原唐古拉山脈主峰各拉丹冬雪山西南側(cè),海拔6621m,流域面積180萬 km2,約占我國陸地面積的18.8%,干流流經(jīng)青海、西藏、四川、云南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海等11個(gè)省(自治區(qū)、直轄市),于黃海與東海交匯處崇明島以東入海,全長6300余千米,比黃河長800余千米,在世界大河中長度僅次于非洲的尼羅河和南美洲的亞馬孫河,居世界第三位[1]。但尼羅河流域跨非洲9國,亞馬孫河流域跨南美洲7國,長江則為中國所獨(dú)有。 長江干流宜昌以上為上游,長4504km,流域面積約100萬 km2,其中直門達(dá)至宜賓稱金沙江,長3464km,宜賓至宜昌河段習(xí)稱川江,長1040km。宜昌至鄱陽湖湖口為中游,長955km,流域面積68萬 km2。鄱陽湖湖口以下為下游,長938km,流域面積12萬 km2。長江干流各段有不同的名稱。自青海省境內(nèi)的上游源頭至囊極巴隴當(dāng)曲口,稱沱沱河;當(dāng)曲口至青海省玉樹巴塘河口稱通天河;巴塘河口至四川省宜賓市岷江口稱金沙江;岷江口至湖北省宜昌市,因主要流經(jīng)四川盆地,習(xí)稱川江。宜昌市以下為長江中下游。其中,湖北省枝城至湖南省城陵磯河段,又稱荊江;江西省九江市附近河段,稱潯陽江;安徽省境內(nèi)河段,稱皖江;江蘇省揚(yáng)州市附近河段,又稱揚(yáng)子江。 長江水系發(fā)達(dá)。大小支流有 l萬余條,除流經(jīng)上述11個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)外,還伸展于甘肅、陜西、貴州、河南、廣西、廣東、福建、浙江等8個(gè)省(自治區(qū))。長江干支流在黃河流域、淮河流域與珠江流域之間構(gòu)成一個(gè)非常龐大的水系。據(jù)統(tǒng)計(jì),長江流域集水面積在1000km2以上的支流共有437條;在1萬 km2以上的支流有22條[2]。長江流域湖泊眾多,平原地區(qū)和高原山地均有分布。平原地區(qū)的湖泊都是淡水湖,總面積約22000km2。其中,鄱陽湖是我國**大淡水湖,面積達(dá)3500余平方千米;洞庭湖是我國第二大淡水湖,面積達(dá)2800余平方千米;太湖是我國第四大淡水湖,面積達(dá)2400余平方千米;此外著名的還有安徽省的巢湖和湖北省的洪湖等[3]。高原山地湖泊主要分布在青海、云南、四川、貴州等省,著名的有云南的滇池、程海,四川的邛海,川滇交界處的瀘沽湖,貴州的草海等淡水湖,江源地區(qū)的葉魯蘇湖為高原咸水湖,高程5000余米。 長江流域的平面形態(tài)為東西長、南北短。流域范圍,西以芒康山、寧靜山與瀾滄江水系分界;北以巴顏喀拉山、秦嶺、大別山與黃、淮水系相隔;南以南蛉、武夷山、天目山等與珠江及閩、浙諸水系相鄰[4]。 長江流域的地勢(shì)取決于地殼升降運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)與強(qiáng)度。西部為強(qiáng)烈上升區(qū),中部為中等強(qiáng)度上升區(qū),東部為升降交替或以下沉為主的地區(qū)[5]。因此,流域內(nèi)地勢(shì)自西而東呈階梯狀降低,分屬我國地形上的“三大階梯”,即青藏高原、川西高原和橫斷山系,云貴高原、秦巴山地、四川盆地、鄂黔山地,以及長江中下游平原及其外圍低山丘陵區(qū)。長江縱貫這“三大階梯”入海,全江總落差約5400m。 長江水量豐沛,多年平均入海年徑流量為9600億 m3,占我國江河入?偹康1/3以上,為全國之冠,在世界居第四位[6]。長江水量約46%來自上游(宜昌以上);其次來自洞庭湖水系,約占18%;再次來自鄱陽湖水系,約占15%。干支流水量的年內(nèi)分配,明顯地分為汛期與非汛期。干流汛期(5~10月)水量占年徑流量上游為79%~82%,中下游為71%~79%。 1.1.2 長江上游河道概況 在距今7億年的元古宙,長江流域絕大部分地區(qū)為海水淹沒。之后,長江流域經(jīng)歷了距今1.8億年三疊紀(jì)末期的印支造山運(yùn)動(dòng)、距今1.4億年侏羅紀(jì)的燕山運(yùn)動(dòng)和距今4000萬~3000萬年始新世的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng),直至距今300萬年前,喜馬拉雅山強(qiáng)烈隆起等地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng),在全球性氣候條件作用下,形成了現(xiàn)在干流自西向東貫通、眾川合一的長江水系,F(xiàn)今的長江水系分為上、中、下游三段。上游自源頭至宜昌,長4504km,包括江源—通天河水系、金沙江水系和川江水系;中游自宜昌至鄱陽湖湖口,長955km,包括清江、洞庭湖水系、漢江、鄂東諸河等支流;下游自鄱陽湖湖口至長江口,長938km,包括鄱陽湖水系、皖江、巢湖水系、青弋江、水陽江、滁河、淮河入江水道以及太湖水系等支流。 1.江源 長江上游江源水系的正源沱沱河發(fā)源于唐古拉山脈各拉丹冬雪山西南側(cè),雪線海拔5820m,流經(jīng)346km的高原河道,與南源當(dāng)曲在囊極巴隴匯合。然后流經(jīng)長278km的通天河上段,與北源楚瑪爾河匯合,再流經(jīng)長550km的通天河下段,直至玉樹巴塘河口。自源頭至楚瑪爾河統(tǒng)稱為江源段,再加上通天河下段及其全部支流,構(gòu)成江源水系[7](表1-1)。 表1-1江源水系干流和主要支流情況 1)沱沱河 沱沱河全長346km,水流有東、西兩支。東支出唐古拉山脈各拉丹冬雪山群西南后,由兩條長度分別為12.8km和10.3km的大冰川繞行于海拔為6371m的姜根迪如冰川南北側(cè),兩冰川融水出山后,分別流經(jīng)3.8km和3.5km,匯合成東支水流。西支出自尕恰迪如崗雪山群,由主峰東南側(cè)長8km的冰川,與其他冰川融水匯合,成為西支水流。兩支水流匯合后流經(jīng)長15km、寬3km的冰川槽谷河段,稱為納欽曲[8]。以上就是長江正源的源頭水流。 水流穿過納欽曲較寬的冰水礫石和峽谷急流河槽,整體流向朝北,流經(jīng)雀莫錯(cuò)盆地,到達(dá)祖爾肯烏拉山,直至波隴曲匯口,全長126km。根據(jù)衛(wèi)星照片判斷,這段河道是沿一條南北向張性斷裂發(fā)育的,但是在1976年之前出版的地圖上均未標(biāo)出這一河段,誤認(rèn)為沱沱河源頭就位于祖爾肯烏拉山北麓。實(shí)際上,沱沱河貫穿了祖爾肯烏拉山,并在流經(jīng)波隴曲匯口后,急轉(zhuǎn)90°大彎,朝東偏南方向流經(jīng)寬闊的沱沱河盆地。這段河道,沿程發(fā)育著寬窄不等的沙灘,直至沱沱河沿站,然后,在囊極巴隴附近與南源當(dāng)曲匯合。 沱沱河的主要支流有10余條,其源頭海拔均在5000~6500m,匯入沱沱河干流河道處,海拔4400~5200m。這些支流可謂“世界屋脊”上的河流,支流中*長的是扎木曲,長143km,流域面積3900km2;次長的是斜日貢尼曲,長118km,流域面積1668km2;第三位是波隴曲,長度和流域面積分別為80.6km和1349km2。這些支流地處青藏高原腹地,氣候干寒,多風(fēng)少雨,徑流量都很小,使得沱沱河干流下游沱沱河沿站的年徑流量為8億多立方米。 沱沱河干流河道終年處于低溫的環(huán)境,沱沱河沿站多年平均氣溫為–4.2℃,7月*熱,平均氣溫7.5℃,1月*冷,平均氣溫–24.8℃,每年凍結(jié)期長達(dá)7個(gè)月,年平均降水量為283mm,降水集中在7~9月。氣候條件控制著沱沱河干流河道的封凍和解凍過程以及水情的變化。沱沱河實(shí)測*大流量為750m3/s,*小流量為0,年徑流量僅占通天河玉樹直門達(dá)站的7.7%。 沱沱河流域內(nèi)湖泊有2100余個(gè)。干流河道兩岸有10個(gè)較大的湖泊,*大的為雀莫錯(cuò)湖,面積為88.2km2,第二、三位為瑪章錯(cuò)欽湖和葫蘆湖,面積分別為60.3km2和36.0km2。一般來說,多數(shù)湖泊均連通沱沱河,較大的內(nèi)陸湖多為咸水湖,但離河不遠(yuǎn),中隔高差不大的灘地。 沱沱河各主要支流的比降均很大,自1%左右至7%。沱沱河干流河道的比降也很大,但沿程逐漸減緩。波隴曲口以上的126km河段平均比降為5.4‰,以下進(jìn)入沱沱河盆地為1.3‰。沱沱河干流河道的寬度沿程變化較大,在冰川以下的納欽曲,散流的谷底寬達(dá)1.5km,峽谷段寬僅30余米;在雀莫錯(cuò)盆地河谷開闊,河床寬達(dá)3km。干流河道穿過祖爾肯烏拉山形成峽谷段,河寬又束窄為60m;在進(jìn)入沱沱河盆地后,在保查曲口附近,河寬50余米,水深1.2m;在錯(cuò)阿日瑪湖口,河床內(nèi)有寬達(dá)數(shù)千米的沙灘,河槽寬僅50~60m,水深0.5~1.5m;在奔德錯(cuò)切瑪口,沙灘寬為 l~2km,河槽寬35~40m,水深0.7~0.8m;在沱沱河附近為2~3汊的分汊河道,每汊河槽寬約30m,水深0.4~1.2m。 從水流情況來看,根據(jù)1978年7月考察時(shí)的實(shí)測資料,沱沱河南北側(cè)冰川的平均流速為0.88~1.14m/s,*大流速接近1.7m/s,弗勞德數(shù) Fr為0.44~0.56;在上段切蘇美曲匯口附近、中段祖爾肯烏拉山口附近和沱沱河出口附近,河道的平均流速分別為0.87m/s、0.85m/s和0.84m/s,*大流速分別為1.24m/s、1.14m/s和1.04m/s,弗勞德數(shù) Fr分別為0.51、0.45和0.32,顯示出沱沱河干流河道隨著比降的趨緩,流速和弗勞德數(shù)沿程遞減的特性。 沱沱河干流河道的河型沿程是變化的。在源頭冰川匯合后的納欽曲,兩側(cè)有眾多冰川融水呈樹枝狀注入,河中水流散布在寬達(dá)1.5km的冰水礫石河床中,河道呈寬淺散流形;河道遇到峽谷即束狹,水流歸一,斷面變得窄深,出峽谷后復(fù)又成為散流。在切蘇美曲匯口附近,河道為分汊型。在雀莫錯(cuò)盆地中,河谷開闊,兩岸眾多支流匯口處均形成冰水沖積扇,干流河道在砂礫河床中呈山區(qū)網(wǎng)狀或辮狀河型。沱沱河在穿過祖爾肯烏拉山時(shí),又形成峽谷段,河道束窄,水流集中。河道進(jìn)入沱沱河盆地,河谷寬闊。在錯(cuò)阿日瑪湖口附近,河床中形成寬達(dá)數(shù)千米的沙灘,干流河道開始變成灘槽比較分明的河型。以下隨著河谷寬度不同,沙灘寬度沿程變化,但仍保持灘槽分明的河型。至沱沱河附近,河谷寬達(dá)10km,河谷中分布著堆積、基座和侵蝕三級(jí)階地,河床寬500~600m。干流河道穿過青藏公路后逐漸成為分汊河道。之后,沱沱河與南源當(dāng)曲匯合進(jìn)入通天河。 寬谷游蕩型河道在沱沱河普遍發(fā)育。河道流經(jīng)開闊平坦的新生代斷陷盆地,河谷寬達(dá)一二千米至十余千米,沿江兩岸為平原和平緩低矮的丘陵或階地,河漫灘寬度一般在1km以上。河床水流散亂,分汊甚多,沙灘櫛比,變化頻繁,分汊*多處達(dá)十余股,構(gòu)成比降較陡、斷面形態(tài)寬淺、具有游蕩性或擺動(dòng)性演變特征的網(wǎng)狀或辮狀河型。 江源寬谷游蕩型河道的相關(guān)資料甚少。初步認(rèn)為,沱沱河干流河道游蕩性成因主要有以下幾個(gè)方面:一是廣闊而深厚的早更新世細(xì)顆粒湖相沉積,構(gòu)成極為松散的河床邊界;二是構(gòu)造盆地內(nèi)河谷開闊,比降變得較平緩(相對(duì)于峽谷窄段),加之支流入?yún)R,有利于砂礫堆積;三是高寒氣候下形成厚達(dá)20~80m的多年凍土,表面季節(jié)融凍層僅 l~3m,使河流的下蝕作用受到限制;四是不均勻的徑流作用以及融凍期河水漫流造成冰面的切割灘體。在上述各種因素的綜合作用下,沱沱河干流河道成為深蝕受到限制、側(cè)蝕作用強(qiáng)烈、斷面非常寬淺、水流易于擺動(dòng)、演變比較頻繁的游蕩型河道。 2)通天河 通天河自囊極巴隴至玉樹巴塘,全長828km。其中,以楚瑪爾河口為界分通天河為上、下兩段。通天河上段長278km,連同北源楚瑪爾河,屬江源水系;通天河下段長550km,不屬江源水系,但為江源向金沙江峽谷型河道過渡的河段,這里列為江源河道一并敘述。 通天河上段總體流向?yàn)楸睎|向,河道沿程變化特點(diǎn)為寬谷段和峽谷段相間。自囊極巴隴以上14km開始,通天河流經(jīng)巴顏傾山區(qū)形成長約10km的寬淺峽谷;河段出峽谷后進(jìn)入一小盆地,河谷寬達(dá)4~5km;在勒采曲匯口以下,進(jìn)入冬布里山區(qū),又形成28km長的峽谷段;至牙哥曲匯口附近,河谷又逐漸開闊,谷底寬達(dá) l~2km,在科欠曲以下,河谷寬達(dá)12km,直至楚瑪爾河口。綜上所述,通天河上段河道在橫切區(qū)域構(gòu)造時(shí),往往形成峽谷,水流集中;而在順應(yīng)區(qū)域構(gòu)造或盆地時(shí),往往形成寬谷,水流分汊。通天河下段在楚瑪爾河口以下約70km處有色吾曲匯入。色吾曲發(fā)源于巴顏喀拉山脈南麓,源頭與黃河上游約古宗列曲、卡日曲等僅一山之隔。民國時(shí)期地理教科書提到的長江發(fā)源于巴顏喀拉山脈南麓,實(shí)際上系誤指色吾曲。通天河下段在白拉塘附近,河谷展寬;在登額曲匯口以下,河道進(jìn)入峽谷段,愈向下游河道愈曲折,沿岸均為峽谷峻嶺,直至玉樹巴塘河口?梢姡ㄌ旌酉露巫猿
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中國水利工程協(xié)會(huì)¥30.2¥45