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基于模型的黄河入海流路稳定评价指标体系及其(2)

来源:黄河之声 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-02-22 13:59

【作者】:网站采编

【关键词】:

【摘要】由表1可进一步得出如下认识:(1)基于河口流路不同的区段,其失稳驱动力的来源和驱动因子的体现方式并不一致;其中,径流潮汐段与单纯的径流段相比

由表1可进一步得出如下认识:(1)基于河口流路不同的区段,其失稳驱动力的来源和驱动因子的体现方式并不一致;其中,径流潮汐段与单纯的径流段相比,其驱动因子的种类和体现方式更多;(2)失稳驱动因子的影响作用和性质也存在较大差异,径流潮汐段的驱动因子只会对该区段的出汊摆动产生影响,而对径流段的改道并无显见的直接影响;(3)不管是径流段还是径流潮汐段,其水位和流向都是其最为重要的两个失稳驱动因子。然而就水流流向而言,在堤防设施日益完善的径流河段,其河势已逐步归顺,发生水流顶冲堤防而导致决口的现象是不现实和难以想象的;而在无堤防保护约束的部分径流潮汐段,因流向变化发生小尺度的出汊和摆动则是被允许的,因此,由这个角度出发,在入海流路失稳的两大重要驱动因子中,水位因子要比流向因子更为关键,这也是选择“西河口站水位在流量10 000 m3/s时达到12 m”作为现行流路改道标准的主要原因所在。

2 判别指标体系构建的理论依据

黄河入海流路稳定判别指标体系的构建必须基于其明确的失稳机制,尽管影响流路稳定的关键驱动因子是以水位高低为表征指标的水流势能,但并不意味着否认河口来沙量巨大、水沙关系不协调是造成入海流路难以长期稳定的症结所在。水位是入海流路演变过程中的主要特征指标,而真正导致水位发生变化的根源在于水沙条件、河道及海岸地貌(边界)条件、海洋动力条件等三者之间的综合作用。基于此,本文建立了以影响因子—泥沙运动—地貌变化—稳定约束边界—失稳驱动力—流路稳定状态为信息链的黄河入海流路失稳驱动力响应模型(见图2)。该系统模型较清晰地反映了流路失稳的过程与机制,可作为构建入海流路稳定评价指标体系的主要支撑链条和理论依据。

基于黄河入海流路失稳驱动力响应模型,可以明确得知:(1)目前,黄河入海流路的稳定可有两条主线路径,其一是基于自然冲决出汊(撕裂)型的稳定,其二是基于人工改道标准型的稳定;(2)现状清水沟流路清7断面以下约70余km的流路尾闾河段属于无堤防工程控制和约束的河段,在遭遇漫滩洪水、发生风暴潮或冰坝壅塞河道并导致水位剧增的情况下,或在发生水流、潮浪冲击自然堤身时,在自然堤相对薄弱的区域则极有可能发生出汊摆动,但这并不影响实践意义上的流路稳定性;(3)入海流路的稳定状态亦即其水位状态是多种影响驱动因子综合作用的结果,其中,水沙因子起主导作用,这种主导作用不仅体现在数量方面,还体现在其水沙组合、过程、动力、流态方面。之所以如此,不仅在于水沙因子是决定河口演变基本特性、塑造河口流路地形地貌包括河床形态、沙嘴形态及流路长度的首要因素,同时也是短时期内影响河口河段水位变化的最直接因素。

图2 黄河入海流路失稳驱动力响应模型Fig.2 DSC (Driving Force-State-Control)-based model ofthe instability of the Yellow River deltaic course

3 指标体系的描述框架模型和组成因子

3.1描述框架模型

构建黄河入海流路稳定判别指标体系需选择合理的框架模型对其进行描述。目前,PSR模型(Pressure-State-Response,压力—状态—响应模型)因能较好地反映自然与社会之间的因果关系而得到广泛应用[13-14]。随后又陆续出现了SPR模型(State-Pressure-Response, 状态-压力-响应模型)[15]、DSR模型 (DrivingForce-State-Response, 驱动力-状态-响应模型)[16-18]、DSIR模型(DrivingForce-State-Impact-Response, 驱动力-状态-影响-响应模型)[19]、DPSIR模型(DrivingForce-Pressure-State-Impact-Response, 驱动力-压力-状态-影响-响应模型)[20]、DPSRC模型(DrivingForce-Pressure-State-Response-Control,驱动力-压力-状态-响应-控制模型)[21-22]等基于PSR模型的改进模型。考虑黄河入海流路的改道标准以及人工干预对河口演变的影响,本文提出了一种新的PSR改进模型,即DSC模型(DrivingForce-State-Control, 驱动力-状态-控制模型)对其黄河河口稳定判别指标体系进行全面描述(见表2)。

表2入海流路稳定判别指标体系的构成因子Table 2 The index system for identifying the stability of the deltaic course目标层Target layer准则层Criterion layer要素层Element layer指标层 Index layer指标个数Index number指标内容Index content流路稳定状态Stability state of the deltaic course驱动力入海物质通量9年均来水量(流量)、年均来沙量、累计来沙量、径流多年平均含沙量、短时水沙组合(来沙系数)、最大流量、悬沙粒径、床沙粒径、泥沙容重海洋动力条件25潮差、海底糙率、涨潮流平均历时、落潮流平均历时、涨潮流平均流量、落潮流平均流量、涨潮流平均含沙量、落潮流平均含沙量、泥沙沉速、纳潮量、潮流、余流、海洋激流、波周期、波长、波高、破波带宽度、波峰线与岸线交角、风速、盐度(絮凝作用)、温度、异重流形成条件、异重流持续运行条件、感潮段长度、潮流段长度气候气象条件2凌汛发生机率、风暴潮发生机率海平面上升1上升速率地面沉降1沉降速率状态三角洲形态3长轴距离、短轴距离、圆心角河道形态9摆动顶点以下的流路长度、河道纵比降、横比降、滩槽高差、主槽河宽、宽深比、河道弯曲系数、河口展宽系数、分汊系数行洪排沙能力7水位时均值(水深)、水位波动值、平滩流量、床沙粒径、糙率、水流挟沙能力、河道排沙能力沙嘴形态6沙嘴突出两侧海岸线的长度、沙嘴平均宽度、根部附近主槽平均高程、根部附近滩面平均高程、滩面横比降、沙嘴区域串、潮沟发育程度拦门沙特征2规模大小(长×宽×高)、分布区域位置海域容沙能力3海域输沙能力、海域容沙能力、异重流运移距离控制防洪工程4堤防工程及标准、河道整治工程效能、分滞洪工程效能、人工改道(汊)工程效能泥沙处理3减少入海沙量、加大泥沙外输能力、扩大堆沙范围防潮工程2工程标准、工程规模和范围水沙资源综合利用6水资源利用量、水资源利用保证率、维系良性生态系统需水量、改良土壤需水需沙量、防止岸线侵蚀平衡水沙量、通过造陆提供陆域发展空间范围大小

文章来源:《黄河之声》 网址: http://www.hhzszz.cn/qikandaodu/2021/0222/604.html

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