2014年, 第31卷, 第5期　
刊出日期：2014-05-12

  

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江湖泥沙与治理
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  冲积性河流河床横断面形态研究与进展

  廖治棋,范北林,黄莉,陈静婷,李凌云

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 1-6,11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.001

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  冲积性河流河床横断面形态的变化调整,不仅影响河流的排洪输沙能力,而且还会影响河流两岸堤防的安全与稳定、岸边土地的规划利用及居民的正常生活生产。为此,深入研究河道横断面形态调整规律及其机理具有重要意义。主要对冲积性河流河床横断面形态现有研究成果和进展进行总结,归纳现有研究方法的优点与不足,提出有待进一步研究的问题:①现有研究手段和方法的完善。基于实测资料的经验分析,虽然简单方便,但其局限性很大,许多成果只对具体的实例有较好的适应性;而数学模型仅能模拟室内模型小河或人工渠道的调整过程,对于复杂天然河流的模拟,还需要进一步完善。②注重实测资料分析与理论研究的结合,深化对河床断面形态调整内在机理的理论认识。目前较为流行的力学理论、线性理论和滞后响应理论所建立的模型中各个影响参数和调整的内在机理都还有待进一步研究细化。③应拓展现有计算方法的应用范围。以往的计算方法一般是针对某一特定河段建立的,缺乏在其他河段的应用,需要扩大应用计算方法的适用范围,提高实用性。
水资源与环境
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  后评估方法在建设项目水资源论证中的应用

  彭雪君,黄薇

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 7-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.002

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  后评估对于提高管理的科学性和实现资源的优化配置具有重要的现实意义。水资源论证后评估是建设项目水资源管理中的一个重要环节,开展水资源论证后评估可进一步规范建设项目水资源论证工作,完善水资源论证报告书编制。阐述了后评估的涵义、起源、发展现状和方法。结合《关于开展建设项目水资源论证后评估工作的通知》,指出了开展水资源论证后评估的必要性,并基于对后评估的理解,初步探讨了水资源论证后评估的工作内容、评估指标和评估方法。
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  河流泥沙吸附磷的研究现状与展望

  陈野,李青云,曹慧群

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 12-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.003

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  输送水流泥沙和营养物质是河流的主要功能之一。大坝等水利工程拦截泥沙的同时,改变了河流营养物质的迁移和转化。从国内外近20 a泥沙吸附磷的相关研究文献可以看出:泥沙对磷的吸附与泥沙颗粒的理化性质、水体初始磷浓度、含沙量以及环境因子等相关,即颗粒越细,表面吸附位越多,更有利于磷的吸附;水体初始磷浓度越高,吸附量越多;含沙量越大,总吸附量越大,单位质量泥沙吸附量越少;泥沙吸附磷的机理模型主要有热力学模型和动力学模型两类,Langmuir模型和Freundlich模型在等温吸附中应用较广;二级动力学模型对泥沙吸附磷的全过程拟合程度更高;在河流生态系统中,泥沙吸附的磷以颗粒态磷的形式作为生物可利用磷的储备,间接影响水生生物的生长。颗粒态磷与水生生物的生长关系、吸附量与含沙量等多因子的动力学模型在今后有待进一步研究。
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  植物气生根在富营养水治理中的应用——以夹竹桃为例

  杜双韬,刘本洪,税永红

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 17-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.004

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  根据植物气生根能吸收水体中氮、磷养分的特性,首次提出了利用气生根处理富营养水的新方法。以夹竹桃为研究对象,在人工模拟的滨水环境(模拟植物种植于堤岸壁或堤岸上,部分枝叶处于水淹状态的情形)中诱导气生根的生长。结果表明:仅需满足夹竹桃的基本生存条件(土壤、阳光、水和温度),77%的夹竹桃能够适应水淹环境并长出较密集的气生根(平均生根率为38%);夹竹桃对水体TP,TN,NH₃-N,NO₂-N,NO₃-N和浊度NTU的实际去除率分别为27.3%,29.1%,17.1%,20.5%,1.6%和0.7%;同时,栽种在岸堤壁或岸堤上的夹竹桃还具有一定水土保持的作用和景观绿化效果。因此,该方法是一种集富营养水净化、水土保持和景观绿化为一体的新型治理富营养水方法。
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  河口水资源几个问题研究进展

  夏欢,常福宣

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 22-28,38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.005

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  目前,河口地区水资源研究主要集中在盐水入侵、河口水质和生态环境等方面。概述了河口水资源特点,从盐水入侵、人类活动对河口水资源不利影响、河口健康评价及河口治理管理研究等方面介绍了河口水资源的近期研究进展,指出随着经济建设的快速发展,人们将越来越关注河口健康,需要结合河口水资源特点和河口地区经济社会需求加强研究,以支撑河口地区经济社会发展和生态环境保护。
工程安全与灾害防治
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  基于模糊综合评价的改进层次分析法在滑坡危险评价中的应用

  胡启芳,范雷,董治军,周火明,杨宜,李亚杰

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 29-33,38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.006

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  在野外调查的基础上,针对金沙江乌东德库区工程地质条件,选取坡度、地层岩性、地质构造、岸坡结构等10个与滑坡发生相关要素作为库岸滑坡灾害危险性评价因子,基于模糊综合评判法模型的改进层次分析方法,对乌东德库区库岸滑坡灾害进行危险性评价。研究结果表明:乌东德库区可划分为高危险区、中危险区、低危险区和极低危险区4个区域;所占库区面积比例分别为6.64%,5.77%,60.20%,27.39%,为库岸滑坡的防灾减灾管理和治理提供了支撑。
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  武汉地铁名都车站基坑开挖监测与数值分析

  连宝琴,胡斌,王新刚,刘飞,余宏明

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 34-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.007

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  运用国际岩土数值软件FLAC^3D建立武汉地铁二号线名都车站基坑模型,并对比现场监测数据,研究该地铁基坑开挖引起的变形规律。结果表明:数值分析结果与现场监测成果吻合;高楼层的保利华都因其基础为桩基础,故地铁基坑开挖后沉降位移较小,其侧基坑地表沉降曲线呈“三角形”;低矮楼层的西藏中学因其基础为条形浅基础,故地铁基坑开挖后沉降位移较大,其侧基坑地表沉降曲线呈“阶梯状”。对比现场监测成果与数值模拟分析结果,数值模拟可较好地分析了解基坑开挖引起的变形规律,从而为信息化施工、基坑支护方案的修正提供有效合理的依据。
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  一种用于三维滑坡模型试验数据处理的新方法

  于志伟,程圣国

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 39-42,51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.008

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  研究了一种用于三维滑坡模型试验数据处理的新方法:首先用“3σ准则”检测奇异数据,然后用时间序列中的自适应滤波法对检测出奇异数据的时刻进行预测,并用预测值替换奇异值,最后用五点三次平滑法对噪声干扰较弱的波动数据进行平滑处理。把该方法运用到三维滑坡模型试验数据处理中,处理结果显示该方法能够有效剔除奇异数据和去除毛刺现象,同时不改变原始数据的正常变化趋势。
岩土工程
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  Hoek-Brown强度准则在隧道岩体稳定分析中的应用研究

  李守龙,李宗利,黄高峰

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 43-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.009

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  Hoek-Brown强度准则适宜于描述完整岩石或节理岩体的破坏特征,并在岩体工程中得到了广泛应用。基于Hoek-Brown强度准则对某隧道工程岩体稳定进行分析,并与Mohr-Coulomb强度准则计算进行比较。结果表明:Hoek-Brown强度准则计算得到的关键点位移、塑性半径及塑性区范围均稍大于Mohr-Coulomb强度准则的结果;Hoek-Brown强度准则能够反映施工开挖扰动对岩体力学参数的影响。同时,假设施工扰动系数从隧道内向外逐渐减小,应用Hoek-Brown强度准则研究了开挖扰动程度对隧道塑性半径的影响规律。研究表明:随着扰动的增大,塑性半径非线性增大。
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  EN-1离子土壤固化剂对滑坡滑带土扰动样的改性机理研究

  雷雯,项伟

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 47-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.010

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  采用原子吸收和红外光谱技术分析了EN-1离子土壤固化剂(ISS)的主要作用成分,以黄土坡滑坡滑带土扰动样为研究对象,分别对原土及经ISS处理后的土样进行了一系列物理化学试验。试验结果表明:当ISS配比(ISS与水体积比)为1∶150时,处理后土样的阳离子交换容量、可交换阳离子含量、塑性指数及比表面积降至最低。结合物理化学试验结果,分析了ISS与土体的作用机理。该作用机理为通过润湿、离子吸附、联结包裹等复杂的表面物化反应,降低土体的水敏性,提高土体的水稳定性。由于黏性土的力学性质与黏土矿物的水敏性及水稳定性关系紧密,通过ISS改善黏性土的水敏性及水稳定性为滑带土的改性和滑坡的治理提供了新思路。
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  循环荷载作用下珠海隧道饱和黏土软化试验研究

  孙阳光,高玉峰,刘建民,曹久亭,黄思杰

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 52-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.011

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  通过对珠海隧道正常固结饱和粉质黏土和淤泥质黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环荷载作用下土体软化情况。根据软化指数定义,得到土体软化指数曲线;分析了循环荷载过程中土体割线剪切模量发展规律;探讨动应力对土体软化的影响。结果表明:试样在每一循环次数中都存在临界屈服应变ε_p;循环次数较少时,土体刚度软化现象明显,随循环次数逐渐增加,土体刚度软化程度降低甚至不发生刚度软化;相对于加载波形为正弦波而言,半正弦波提高了土体刚度软化程度;动应力的提高增加了土体软化的程度。
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  基于有限元法的土石坝施工填筑数值仿真及位移修正方法探讨

  卢晓春,田斌,孙大伟,孙开畅

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 56-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.012

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  为提高有限单元法在土石坝施工填筑数值仿真中的施工填筑模拟效率并修正数值仿真填筑位移,针对目前采用的“生死单元法”和“空气单元法”计算效率低的问题,提出了一种处理单元的施工填筑模拟方法,即给每个单元赋予施工信息进行施工次序控制,未施工单元不参与仿真计算。工程实例表明,该方法与传统方法相比可节省50%计算时间。由于有限元仿真时自重荷载是一次性施加的,这与实际施工时逐级加载的变形机理是不同的,需要对有限元计算位移进行修正,因此,基于土体一维线弹性压缩沉降理论,推导了单填筑级及多填筑级下的位移修正公式,完善了施工填筑位移修正方法。
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  不同掺剂对水泥土动力特性的影响

  张鹏,朱珍德,王军,王海洋

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 62-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.013

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  为研究水泥土的动态特性,采用普通水泥、矿渣水泥、水玻璃3种掺剂,利用共振柱,考虑不同掺量,在不同的围压和剪切应变的条件下,水泥土的剪切模量和阻尼比的变化规律进行了试验研究。试验结果表明:水泥土的最大剪切模量随围压的增加而增加,最小阻尼比随围压的增加而降低;3种掺剂在相同围压下矿渣水泥土的动剪切模量最大,阻尼比最小;水玻璃-水泥土在刚度退化之前承受的剪应力最大;水泥土的剪应变与动剪切模量的关系符合修正的Ramberg-Osgood模型曲线。
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  考虑拱效应的矩形巷道顶板稳定性

  李海军,杨逾

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 68-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.014

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  为了研究煤矿矩形巷道顶板稳定性问题,根据土力学与弹性力学的基本理论,建立了矩形巷道顶板稳定性分析力学模型,分析了矩形巷道不同跨距、顶板支护强度、两帮加固岩层厚度、顶板围岩深度等因素对顶板稳定性的影响。结果表明:矩形巷道顶板围岩内应力分布呈现明显的应力拱型分布;顶板围岩浅部应力等值线呈独立卵形拱分布,随着围岩深度增加,两独立拱相互叠加,围岩应力等值线总体呈现圆弧拱分布,该拱将两独立墙包裹在拱跨之间;随着巷道跨距增加至2≤l/b≤5,拱效应衰减较快,顶板围岩自身承载能力降低迅速,当l/b>5时,顶板围岩内部附加应力主要为支护反力作用,直立墙A和B附加应力叠加基本为0,拱效应逐渐消失。并基于摩尔库伦强度理论推导出了顶板稳定性控制方程。
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  海上风电机组基础浪致疲劳分析

  靳军伟,杨敏,王伟,王其标

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 74-78,83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.015

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  给出了海上风电机组基础波浪荷载导致的疲劳损伤计算方法。基于随机波浪理论,依据海浪谱将随机波浪转换为一系列线性波的组合,由Morison方程计算得到波浪荷载并进行线性化。根据线性波浪荷载作用下结构的动力分析,求得结构响应并计算得到频域范围内的结构应力传递函数。根据海浪谱和应力传递函数,进而得到结构的热点应力谱。由某海域的海况分布,依据Miner线性累计损伤准则,通过假定结构长期热点应力分布为短期Rayleigh分布的组合,计算得到结构在设计周期内的累计疲劳损伤。以某单桩基础为例,验证了计算方法的可行性。计算方法对海上风电机组基础的浪致疲劳设计具有参考价值。
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  深基坑三维应力场和渗流场耦合分析与模拟

  梁志松

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 79-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.016

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  为研究深基坑开挖施工过程中渗流场和应力场耦合情况,建立基于非饱和土的渗流-应力全耦合模型,采用非饱和土渗流-应力全耦合模型进行深基坑三维应力场和渗流场的耦合分析,预测在基坑不同的施工阶段中基坑挡土结构的侧向变形和基坑周围地面的沉降的变化,并将理论分析结果与实际监测数据进行对比分析。分析成果表明在需要降水施工的基坑分析中,采用渗流-应力耦合模型来进行基坑的分析与计算更合理,更有效。
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  砂砾石土灌浆浆液扩散半径试验研究

  秦鹏飞,符平,王春,王丽娟

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 84-86,101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.017

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  砂砾石层灌浆施工中,水泥浆液的扩散半径决定着灌浆孔的布置和浆液消耗量,也是选择工艺参数、评价灌浆效果的重要依据,因此,水泥浆液的扩散半径是灌浆施工中非常重要的参数。通过设计正交试验,对影响水泥浆液扩散半径的几个因素(水灰比、孔隙比、灌浆压力)进行了试验研究。试验结果表明:水灰比是影响水泥浆液扩散半径最显著的因素,水泥浆液的水灰比越大,浆液中的多余水分越多,对水泥浆液流动性能的改善越显著。
水工结构与材料
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  有限元模拟FRP筋混凝土双向板的冲切过程

  侯黎黎,张亚坤

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 87-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.018

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  为了探索运用有限元分析法研究集中荷载作用下纤维增强塑料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)筋混凝土双向板的冲切受力性能的可行性,运用ANSYS软件建立了FRP筋混凝土双向板的有限元模型,并模拟了FRP筋混凝土双向板在集中荷载作用下从加载开始到发生冲切破坏的整个受力过程,得到了FRP筋混凝土板ANSYS分析的荷载-挠度(P-w)曲线,并将其与偏置集中荷载作用下FRP筋混凝土双向板的冲切试验研究所得P-w曲线进行对比分析。对比成果表明:ANSYS分析P-w曲线与试验P-w曲线吻合较好,在研究FRP筋混凝土双向板的冲切破坏机理时,运用ANSYS软件模拟分析替代部分冲切试验研究是行之有效的新途径。对FRP筋混凝土双向板冲切受力过程的P-w曲线进行分析,得知集中荷载作用下FRP筋混凝土双向板的破坏是发生在板局部的脆性破坏,混凝土强度、筋材、配筋率、荷载位置等因素是影响P-w曲线形状、最高点、曲线斜率的主要因素。
信息技术应用
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  面向无人机水域影像的自动拼接方法

  王雅萍,陈宜金,谢东海,吴俣

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 92-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.019

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  基于无人机航拍的水域影像,研究了该类影像的自动拼接方法。针对水域与陆地共存的影像(水域面积占比例较大,影像灰度值较小),利用SIFT和Harris算子共同提取特征点,再用RANSAC算法对错误匹配进行筛选,从而完成图像拼接。针对影像内容完全是水域的情况,利用无人机携带的POS定向数据辅助图像拼接。最后,以近海面油污监测的实例,阐述了本研究在无人机水资源监测和应急救灾中的实际应用价值。
仪器设备与测试技术
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  多路水深流速自动采集系统设计与应用

  马志敏,苏姗,胡文斌

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 97-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.020

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  针对河工模型试验中多点流速自动测量的需要,设计了一种多点水深流速同步自动采集系统。系统由计算机通过RS485总线与多台水深流速仪相连,组成多点水深流速自动测量。水深流速仪能够自动测量当前水深,并根据测得的水深和规定的测量法则,如1点法、3点法、5点法等,自动对流速传感器进行垂线定位和流速采集。系统通过串行通信方式控制各台水深流速仪,实现各垂线流速的同步测量、数据传输、显示、保存和查询功能,并能自动生成需要的测量记录报表。该系统显著提高了模型试验断面流速测量的效率和水深测量与定位的精度。
水利工程建设与管理
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  碾压混凝土坝平层铺筑仓面施工模拟

  杜志达,郝雪莹

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 102-106,116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.021

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  目前大部分的混凝土坝施工模拟是在假定混凝土的拌和与运输是工期的主要控制因素,且仓面施工不控制施工进度的前提下建立的。通过建立模型对平层仓面施工工艺进行过程模拟,并结合工程实例,分析了在不同仓面下碾压混凝土坝平层浇筑仓面的施工进度情况,证实仓面施工工艺同样对施工进度有较大影响,考虑仓面施工工艺的模型更加真实地反映了碾压混凝土坝的浇筑过程。
三峡工程运用10年后长江中游江湖演变与治理学术研讨会专栏
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  三峡工程运行后泥沙问题与江湖关系变化

  胡春宏,王延贵

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 107-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.022

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  泥沙问题是影响三峡工程调度运行和寿命的关键因素之一,在工程论证、规划、设计、施工和运行过程中,利用多种研究手段对三峡工程泥沙问题进行了广泛深入的研究,取得了重要研究成果。采用三峡水库蓄水以来的实测资料进行分析,检验以往泥沙研究成果的合理性与可靠性。分析结果表明:三峡工程经10 a的运行,泥沙问题基本态势良好,局部问题经认真应对,处于已控或可控之中。但随着时间的推移,这些泥沙问题有可能积累、发展和转化,仍应继续高度重视。针对三峡工程运行后长江中下游江湖关系的变化进行了分析,指出:三峡工程运行后坝下游河道产生强烈的、大范围的冲刷;洞庭湖和鄱阳湖的湖口水位下降,对2湖分流分沙等产生了一定的影响;出现了枯水期2湖水资源供需矛盾尖锐等问题;通过洞庭湖和鄱阳湖的湖口建闸等措施对解决所存在的问题是有效和可行的。
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  三峡水库蓄水后荆江大堤险工段近岸河床演变分析

  段光磊,龙慧,郭满姣

  长江科学院院报. 2014, 31(5): 117-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.05.023

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  针对荆江大堤在防洪减灾方面的重要性,选取荆江大堤沙市、盐观和郝龙3个重点险工段,根据三峡水库蓄水初期护岸监测资料,统计险工段典型冲刷坑的特征,分析了三峡水库蓄水后险工段近岸河床年际、年内演变特点及其影响因素,全面概括了三峡水库蓄水后险工状况。研究表明:三峡水库蓄水后荆江大堤险工段近岸河床普遍表现为近岸岸坡冲刷、水下岸坡变陡,最低点高程降低,且各险工段近岸河床演变规律不同。