长江科学院院报

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柳小珊, 卢金友, 廖小永, 吴昌洪

长江科学院院报. 2014, 31(6): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0012014, 31(06):1-6

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挟沙水流卡门常数是反映固液两相流中泥沙对水流结构影响的重要参数之一。鉴于此, 回顾了卡门常数的来历、实质和卡门常数的影响因素、物理意义, 总结了国内外因考虑因素不同而导出的卡门公式, 接着对研究得到的卡门常数作了一个简要客观的评价, 最后指出卡门常数进一步研究需要注意的问题从能量输移理论进一步弄清楚能量分配机制, 同时需要更精确的试验资料进行分析。

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基于景观生态学指标的鱼类生境质量评价方法研究

李卫明, 陈求稳, 刘德富, 黄应平

长江科学院院报. 2014, 31(6): 7-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0022014, 31(06):7-11

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建立了基于模糊综合评价方法的鱼类栖息地模型, 并与水环境模型耦合。引入景观生态学的指标, 对鱼类栖息地适应性模型的结果进行分析, 从而进行鱼类生境质量评价。选取了漓江中游一复式河道, 以光倒刺鲃为研究对象, 建立了光倒刺鲃产卵期的鱼类栖息地适应性模型, 选取了斑块数、斑块凝聚度、连接度等景观生态学指标对模型的结果进行了栖息地质量评价。研究表明传统的、仅仅以WUA(加权可利用面积)作为栖息地质量评价指标的方法不能准确反映鱼类的生境质量。建立的评价方法更准确地反映了鱼类生境的状况, 可为鱼类栖息地保护提供支持。

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焦作市水资源的优化配置研究

李文忠, 马志林, 张玉顺, 潘国强, 李文莉

长江科学院院报. 2014, 31(6): 12-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0032014, 31(06):12-17

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焦作市社会经济发展规划与水资源承载力的矛盾, 需要采用水资源的优化配置来解决。对焦作市社会经济发展规划指标进行需水预测, 以焦作市的四级流域和行政区划分析水资源配置为计算单元, 从水源工程与用水户的关系确定水资源的分配关系, 以及水源工程的性质、用水户对水质的要求, 得到水源工程优先级和用水户的用水优先级, 分析构建水资源配置的数学模型;结合3次平衡分析的方法, 将地下水、当地地表水、流域外调水等水资源, 按照水资源配置规则进行分配计算, 给出焦作市水资源优化配置的推荐方案, 为焦作市社会经济发展的可持续性要求提供决策。

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基于GIS的江西于都崩岗侵蚀空间分布研究

赵静, 唐剑波, 牛德奎

长江科学院院报. 2014, 31(6): 18-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0042014, 31(06):18-21

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崩岗是沟蚀和重力侵蚀结合的一种特殊形式, 是我国南方丘陵区水土流失的一种特殊类型, 于都县是江西省水土流失较为严重的县份之一, 水土流失面积843.82 km², 中度以上流失占流失面积的64.01%, 尤以崩岗侵蚀为强烈。借助Arcmap 10地理信息系统建立了江西于都崩岗侵蚀的数据库及影响崩岗的相关图层, 将崩岗分布图层分别与影响图层叠加分析, 从而得到研究区崩岗的分布规律。研究表明于都县有崩岗4 062处, 绝大多数崩岗正处于侵蚀发育旺盛期, 侵蚀严重, 崩岗类型以条型、瓢型、混合型为主, 三者占崩岗数量的86.9%。崩岗主要发育分布在海拔200 m左右、坡度10°~30°、花岗岩发育的红壤区域。崩岗在全县23个乡镇均有分布, 但在崩岗数量及侵蚀面积均具有北多南少、从西北向东南递减的空间分布特点。

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震源联合定位方法在三峡库首区地震定位中的应用

申学林, 魏贵春, 陈俊华, 赵凌云

长江科学院院报. 2014, 31(6): 22-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0052014, 31(06):22-24, 31

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利用三峡台网2001年1月1日至2011年9月9日的到时地震波形资料, 采用震源联合定位方法, 对三峡库首区7 011次地震重新定位, 得到了不同蓄水阶段的台站校正值。结果显示①地震主要分布在长江沿岸, 并集中于郭家坝—屈原镇、泄滩、巴东—巫山一带;②三峡库首区存在地震波速横向不均匀性, 速度分布与地质构造、蓄水等因素密切相关;③蓄水前地震波速分布情况主要受地质构造影响, 而蓄水阶段三峡库首区的地震波速分布情况除受地质构造影响外, 还受库区渗水影响。该方法在三峡库首区地震定位中取得了很好的应用效果。

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库水下降联合降雨作用下树坪滑坡流固耦合分析

王力, 王世梅, 向玲

长江科学院院报. 2014, 31(6): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0062014, 31(06):25-31

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三峡水库蓄水将显著改变库岸的地质条件, 特别是库水的周期性涨落将极大地影响到滑坡体的稳定性, 由于防洪等需求, 目前库水位在175～145 m之间波动, 若滑坡在库水下降时遭遇到强降雨, 将可能失稳。树坪滑坡属巨型古堆积体滑坡, 距三峡大坝坝址约47 km, 若失稳将造成重大损失。应用ABAQUS软件对树坪滑坡进行库水下降联合降雨作用下三维流固耦合分析, 研究了树坪滑坡在几种工况下的变形及破坏规律, 并与监测结果进行对比。结果表明库水下降及降雨作用对树坪滑坡的稳定性有很大影响, 特别是在库水下降后期时遭遇到强降雨, 滑坡极易失稳。

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大源渡航电枢纽二线船闸下游通航条件优化试验研究

赵江, 刘晓平, 任启明, 周小玲, 扈世龙

长江科学院院报. 2014, 31(6): 32-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0072014, 31(06):32-36

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为改善大源渡航电枢纽二线船闸下游通航水流条件, 采用整体物理模型试验, 研究了在有支流入汇的弯曲河段拟建二线船闸下游引航道口门区的通航水流条件及影响因素。基于设计方案的多次优化比选试验, 提出一种在下游口门区外侧布置隔水墙的隔挡方案, 该布置方案满足下游口门区船舶(队)安全航行及河段行洪能力的要求, 较好地解决了该枢纽二线船闸下游通航问题, 为类似工程提供科学依据和借鉴。

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台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

张峰, 刘韩生, 张为法

长江科学院院报. 2014, 31(6): 37-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0082014, 31(06):37-40

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台阶式溢洪道消能率无法详细反映其消能特性, 为了突出反映台阶消能作用, 从总消能水头中扣除光滑溢洪道原有消能水头得到纯台阶消能部分, 计算了单位高度纯台阶消能率, 以及台阶消能所占总消能的比重。结果表明滑行水流的单位高度纯台阶消能率约为0.80%/m~0.83%/m, 与单宽流量和台阶数目均无关, 随台阶高度增大增幅为4.5%;纯台阶消能所占总消能比重随单宽流量增大而增加, 随台阶数目增多而减小;此外, 还对单宽流量增加时消能率下降的原因进行了探讨。结果分析表明大单宽流量消能率下降是由于光滑溢洪道能作用降低而纯台阶消能不变导致的。

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水化学环境变异下黏土物理力学特性研究进展

颜荣涛, 吴二林, 徐文强, 曾召田, 苗华, 韦昌富

长江科学院院报. 2014, 31(6): 41-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0092014, 31(06):41-47, 52

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水化学环境变异对黏土力学特性具有很重要的影响。分别从物理力学试验分析和理论描述2个方面论述了水化学环境变异对黏土力学特性影响这一方向课题的研究现状。通过分析归纳可知目前对于以蒙脱石含量为主的膨润土的研究较为透彻, 得出了较为一致的规律并且揭示了其影响机理;对于高岭土和一般性黏性土在水化学环境变异下的响应规律揭示不清, 机理阐明不清, 需要进行系统完整的试验研究;同时, 目前的土力学理论框架难以考虑水化学变异的影响, 需要建立新的能考虑化学-力学耦合的土力学理论框架。最后, 总结这一研究方向亟待解决的科学问题和后期的发展前景。

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缅甸伊江上游某水电站坝基渗控效果研究

李洪斌, 崔皓东, 张家发, 朱国胜

长江科学院院报. 2014, 31(6): 48-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0102014, 31(06):48-52

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对于有断层带存在的坝基, 其防渗帷幕和密集排水孔幕的效果是水利水电工程安全的关键问题之一。针对伊江上游某重力坝基础, 利用三维渗流场有限元精细求解技术, 建立了伊江上游某坝基渗流场计算模型, 分析了断层带范围内防渗帷幕失效和坝基排水孔不同间距条件下的渗控效果。成果表明断层带范围内防渗帷幕失效, 坝基渗流量增大, 但扬压力折减系数仍满足设计要求;排水孔幕间距扩大1倍, 渗控效果并无明显变化。成果可为类似坝基渗控设计提供参考依据。

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红层坝基层间剪切带破坏特征及颗粒流模拟

聂琼, 项伟

长江科学院院报. 2014, 31(6): 53-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0112014, 31(06):53-59

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小南海红层坝基以洪泛平原细粒沉积为主, 粉砂岩-黏土岩不等厚互层的岩性组合、构造作用产生岩层屈曲及一定的地下水环境为层间剪切带的形成提供了条件。基于颗粒流理论, 采用离散单元法软件PFC^2D建立了软弱相间岩层层间剪切带试样的颗粒流模型, 对剪切带试样的破坏发展过程进行了数值模拟, 分析了剪切带内孔隙比变化、剪切裂隙发展的位置、宽度、角度及间距, 模拟结果与A.W. Skempton提出的黏土实验室滑动面发展破坏过程一致。对比了8组不同厚度及延伸长度的剪切带试样的PFC数值模拟试验, 结果表明剪切带厚度及上下所夹硬岩尺寸一定时, 试样长度越长, 裂隙与层面夹角越小、裂隙间距越大, 微裂隙越容易集中在剪切带左右两端;试样长度和上下所夹硬岩厚度相同时, 剪切带厚度越大, 裂隙间距越大, 但裂隙与层面的夹角相近。

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开挖卸荷速率变化对岩质边坡应力应变影响作用研究

柏俊磊, 王乐华, 汤开宇, 韩晶

长江科学院院报. 2014, 31(6): 60-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0122014, 31(06):60-64, 68

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基于卸荷岩体力学理论及方法, 应用FLAC^3D有限差分计算软件, 在数值分析中模拟不同速率的边坡开挖。并在不同开挖速率下, 对考虑及不考虑边坡岩体卸荷变化条件下开挖边坡的应力应变特征进行了对比分析。结果表明在考虑岩体开挖卸荷作用的前提下, 开挖速率越慢, 开挖过程中边坡模型的应力应变越小, 塑性区范围也越小;而在不考虑岩体动态开挖卸荷作用时, 开挖速率对边坡最终的应力应变以及塑性区大小并无直接影响。因此, 在实际施工中应充分考虑动态卸荷作用以及开挖速率的影响, 注意控制开挖进度, 开挖后应对开挖边坡及时进行加固。

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竖向荷载作用下对称双斜桩基础水平承载力模型试验研究

邵红才, 吕凡任, 金耀华, 沙爱敏, 陈丰

长江科学院院报. 2014, 31(6): 65-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0132014, 31(06):65-68

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对称双斜桩基础是斜桩用于实际工程的基本形式, 也是用得较多的形式。相比工程应用, 对称双斜桩的理论研究仍显滞后, 基本没有关于对称双斜桩在复杂荷载下的承载力研究。通过桩身对竖向倾角为10°的对称双斜桩基础的模型试验, 研究竖向荷载对水平承载力影响的特点。研究发现, 随着竖向荷载的增大, 桩顶水平位移的稳定时间逐渐增长;竖向荷载的增加可以提高水平承载力, 但竖向荷载过大, 反而降低其水平承载力。由于这种荷载情况与实际工程对称双斜桩的受力情况具有高度的一致性, 其研究结果对于对称双斜桩的理论分析、设计和在工程实践中的应用具有一定的指导意义。

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岩体抗剪强度参数神经网络反分析方法改进

姜照容, 王乐华

长江科学院院报. 2014, 31(6): 69-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0142014, 31(06):69-72

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采用神经网络反演岩体抗剪强度参数, 当把安全系数作为网络输入时, 由于网络输入参数个数小于输出个数, 神经网络无法建立输入与输出之间的映射关系, 导致反演结果误差偏大。针对这一问题, 提出一种用于岩体抗剪强度参数神经网络反分析的新方法首先利用神经网络反分析确定反演抗剪强度参数的范围, 然后利用神经网络正分析在上述范围内进行仿真, 预测其对应的安全系数, 最后用最优化方法, 把安全系数的预测值与反演值差值的绝对值作为目标函数, 找出与反演工况下安全系数差值最小的安全系数相对应的黏聚力与内摩擦角组合, 认为该组合即为最终反演的岩体抗剪强度参数。工程实例表明, 由该方法得到的岩体抗剪强度参数计算出的安全系数与反演工况下安全系数相等, 说明该方法能有效解决上述问题, 是可行的。

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端锚粘结式锚杆受力特性试验研究

宋洋, 张向东, 李庆文, 祝百茹

长江科学院院报. 2014, 31(6): 73-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0152014, 31(06):73-77, 82

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为研究端锚粘结式锚杆锚固段力学特性, 以水泥水玻璃砂浆端锚锚杆体为研究对象, 采取小应变高频动荷载等效成大应变低频荷载的加载模式, 进行反复拉拔试验, 得出在不同的外载荷作用下, 端锚锚杆在锚固段各位置处拉应力与剪切应力变化趋势。结果表明采用小应变高频变动荷载加载模式的正确性和可靠性, 可满足端锚模型试验要求;在加载频率为430.882 Hz情况下, 端锚自由变形段应力应变的数值最大, 在锚固段远端产生波谷值, 最小值可以接近0, 沿锚杆体轴向产生的应力分布近似为正弦函数的λ/2波长之间的波形图;通过试验结果处理分析可求解出沿锚杆体的剪切应力分布、位移情况曲线和τ-u曲线, 在端锚锚固变形段的剪应力取得较大值, 同时伴随着循环加卸载增量百分比和次数的增加, 剪切应力峰值发生传递性, 逐渐缓慢向锚固段底端的方向移动, 最终导致锚固段的锚固特性失去工作效能。

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牛栏江干河地下泵站建设中的岩溶问题

赵发辉, 苏红兵, 姜顺龙

长江科学院院报. 2014, 31(6): 78-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0162014, 31(06):78-82

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云南牛栏江-滇池补水工程地下泵站地处强岩溶区, 地表发育有大型溶洞、漏斗及伏流等岩溶形态, 地下发育有暗河管道、岩溶洞穴及强溶蚀带等。在该区域建设深埋大型地下泵站, 如何科学合理地避开岩溶发育带, 采取有效措施解决地下泵站施工中的岩溶涌水和坍塌, 是工程建设中的技术难题之一。通过研究干河地下泵站泵址区的岩溶特征及岩溶发育规律, 在地下泵站建设中采取的主要措施有3个①设计时将大跨度地下主厂房布置在弱岩溶带内, 避开强岩溶带、地下伏流及强溶蚀低槽带, 并将地下主厂房防渗帷幕设计底界确定在微岩溶带高程1 695 m以下10～20 m;②在主厂房地下洞室群施工开挖期间, 对较大强溶蚀带进行超前支护, 确保开挖安全顺利完成;③明确后期洞室运行安全监测重点地段。

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基于博弈论组合赋权的边坡稳定性集对分析

刘国颂, 綦春明, 聂春龙, 胡杰

长江科学院院报. 2014, 31(6): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0172014, 31(06):83-88

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针对多种不确定性因素影响的边坡稳定性评价问题, 提出了基于博弈论组合赋权的集对分析评价模型。首先综合选择了7项评价指标并建立了评价标准, 运用博弈论优化模型, 将由层次分析法和熵权法确定的主客观权重相结合, 避免了单一权重确定方法片面性的问题;然后利用集对分析理论, 通过对样本特征进行同一性、差异性、对立性分析, 计算得到了集对的同异反联系度;最后结合置信度准则(λ=0.6)判断出边坡的稳定等级。实例应用表明, 评价结果与灰关联分析、可拓评价的结果比较一致, 证明了方法是可行的。

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金川水电站导流洞进口边坡稳定性分析

周时, 黄宜胜, 朱敏, 杨悦舒, 梁宇航

长江科学院院报. 2014, 31(6): 89-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0182014, 31(06):89-94

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金川导流洞进口边坡地质条件较为复杂, 有多组断层及裂隙发育, 开挖后形成高陡边坡, 边坡稳定问题较为突出。首先以有限元软件ADINA为平台, 对预应力锚索、锁口锚索以及锚筋桩进行敏感性计算, 做出锚固措施的优化分析;然后使用有限差分软件FLAC^3D建立开挖锚固完成后的三维边坡模型, 计算了边坡在天然、开挖、加固等5种工况下的边坡安全稳定状况。计算结果论证了锚固方案的合理性, 揭示边坡在不同工况中可能发生失稳的部位, 对工程建设具有一定指导意义。

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非均质边坡光滑化处理及临界滑动面搜索

兰睿, 刘唐志

长江科学院院报. 2014, 31(6): 95-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0192014, 31(06):95-98, 122

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实际公路边坡工程绝大多数属于非均质边坡, 使得边坡内部应力场的间断, 无法使用经典的带梯度信息的优化算法进行滑动面搜索。在基于整体分析法的均质边坡滑动面搜索的理论基础上, 提出了一种边坡材料参数光滑化处理方法, 并成功将其扩展到非均质边坡。该方法将安全系数和潜在滑面上离散点的纵坐标均视为独立变量, 安全系数的大小作为目标函数, 约束条件是3个力矩平衡方程和其它一些必要性条件, 相对于传统的极限平衡结合智能优化算法, 该方法有着更高的收敛效率。2个典型非均质边坡算例结果表明该方法与其他极限平衡法搜得的滑动面较为一致, 说明了方法的可靠性。

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CATIA在渠道施工详图三维设计中的应用

黄少华, 王进丰, 黄会勇, 王汉东

长江科学院院报. 2014, 31(6): 99-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0202014, 31(06):99-103

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将三维设计软件CATIA应用于渠道施工详图设计中, 采用三维参数化及模板技术, 建立了渠道工程的三维设计动态模型。在该动态模型中, 当设计方案变更时, 可通过修改设计参数方便快捷地调整渠道三维设计模型, 通过三维设计模型自动计算工程量、土石挖填量, 自动生成工程施工详图, 与传统二维平面设计比较, 大大提高了工作效率和设计质量, 并在南水北调中线工程中进行应用, 取得了很好的效果。

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江湖关系变化的内在机理

韩其为

长江科学院院报. 2014, 31(6): 104-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0212014, 31(06):104-112

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从理论上深入揭示了江湖关系内在联系及机理, 着重从荆江与分流河道2个方面分析了径流量变化、冲淤及其河道演变的规律。其中在荆江的径流量变化及冲淤方面包括荆江裁弯具有分汊河道的裁弯特性;荆江流量加大引起冲刷;荆江流量加大对三口河道的影响;分流河道与荆江同时冲刷;三峡水库建成后荆江及中下游河段冲刷的平衡时间, 以及监利输沙量变化的估计等。在分流河道演变方面包括分流河道作为三角洲上的河道;季节性河道形成——断流机理;分流引起淤积的原因;分流河道的淤积平衡;分流河道进一步分汊后再淤积;分流河道冲刷时挟沙能力会大幅度减少;三峡水库运行后径流量减少幅度大幅变缓。

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大坝下游冲积河流修复与保护对策研究

周建军, 张曼

长江科学院院报. 2014, 31(6): 113-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0222014, 31(06):113-122

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人类活动已经改变了江河泥沙通量, 下游平原冲积河流地貌、生境和生态条件正在发生剧烈变化。保护下游河流, 维持河流健康、稳定和长期安全是我们面临的巨大挑战。分析了冲积河流纵向地貌形态及其与河流泥沙等通量的关系, 以及在河流泥沙中相对较少的粗泥沙对下游平原冲积河流平衡比降的作用, 证明这些粗沙是维持下游河流稳定的关键因素。同时, 分选粗沙是河道型水库淤积的重要特征, 在当前挖泥技术和经济能力条件下, 在水库变动回水区较大规模挖粗沙已经具有很大的可行性。因此建议①研究在三峡库尾挖粗沙2 000万～3 000万t/a(弃置坝前、返回下游河流)以抑制长江中下游河道出现大幅度冲刷的可能性;②探求利用小浪底等干流水库分选粗沙、挖粗沙(5 000万t/a)并在中游放淤区堆放, 实现黄河下游河道不抬高。

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三峡工程坝下游河段控制节点演变及护底试验效果分析

牛兰花, 李云中, 杜林霞

长江科学院院报. 2014, 31(6): 123-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0232014, 31(06):123-129

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为了解三峡工程坝下游河段控制节点演变的规律及护底试验效果, 针对宜昌枯水位的控制特点, 遴选出胭脂坝、南阳碛、芦家河浅滩等控制节点, 在原型观测资料的基础上分析了坝下游河段控制节点的演变趋势及其对宜昌枯水位的控制特性, 并对控制节点之一的胭脂坝节点护底保护试验工程进行了长期跟踪观测和分析研究, 认为采用抛石填槽、砼系结块软体排护底工程对河床防冲效果明显, 护底工程不仅很好地保护了河床, 同时对河段还有一定的加糙壅水作用, 从而在一定程度上抑制了宜昌枯水位的下降。

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洞庭湖泥沙输移和淤积分布特性研究

宋平, 方春明, 黎昔春, 郑颖

长江科学院院报. 2014, 31(6): 130-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.06.0242014, 31(06):130-134

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洞庭湖泥沙淤积问题影响到长江及洞庭湖防洪、水资源、水生态环境等方面, 在前人对洞庭湖总体淤积研究的基础上, 研究洞庭湖内部各分区泥沙输移及淤积分布规律, 对洞庭湖分区域综合治理方案制定具有实际指导意义。通过对洞庭湖各分区实测水文泥沙资料及地形资料的分析统计, 发现自20世纪50年代以来, 洞庭湖的泥沙淤积呈逐渐减少的趋势;三峡水库运行后, 洞庭湖的年淤积量不足运行前的10%, 而且西洞庭湖萎缩已处于晚期, 泥沙淤积已大大减少, 区域内的淤积不再以湖泊为主, 而是以洪道为主。三峡水库运行后, 东、南洞庭湖在未考虑区间来沙的条件下, 出现汛期淤积、非汛期冲刷现象。

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2014年, 第31卷, 第6期　
刊出日期：2014-06-01

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2014年, 第31卷, 第6期 刊出日期：2014-06-01

2014年, 第31卷, 第6期　
刊出日期：2014-06-01