大型水利枢纽下游冲积河道岸滩崩塌机理及预测模式研究

本项目采用现场调研、资料分析、数学模拟、理论分析等手段，综合考虑岸滩土质、河岸边界、水沙过程、河道冲刷等因素的量化层次分析，以多学科及其交叉为技术支撑，深入研究大型水利枢纽下游冲积河道岸滩崩塌机理及预测模式。主要研究内容包括：（1）枢纽下游河道岸滩崩塌特征与崩塌模式，（2）枢纽下游河道冲刷对河岸崩塌的影响机理，（3）枢纽下游河道水位变异与岸滩崩塌的响应，（4）典型枢纽下游河段岸滩崩塌变异机理及预测模式。.崩岸是普遍存在于冲积河流的一种侧向河床演变，水利枢纽修建将导致下游河道崩岸的复杂化和变异，直接威胁堤岸防洪和岸边建筑物安全。目前有关大型水利枢纽下游冲积河道岸滩崩塌机理及预测模式的成果较少，本项目是一个理论性强、应用目标明确、多学科交叉的前瞻性研究课题，不仅丰富河床演变理论，而且对大型水利枢纽下游河道岸滩崩塌预测与河道整治具有重要的应用价值，将产生显著的经济与社会效益。

本项研究是一个理论性很强的前瞻性交叉学科课题，有关研究成果较少。本项目采用现场调研、资料分析、数学层次分析、理论分析等手段,结合大型水库枢纽下游河道的冲淤演变特点，系统分析了冲积河道岸滩崩塌特征和崩塌模式，揭示了河道冲刷对河岸崩塌的影响机理，探讨了河道水位变异与岸滩崩塌的关系，初步建立了河道岸滩崩塌的预测模式和评价方法。研究成果在河道侧向演变分析与计算方面具有重要的理论意义和应用前景。主要成果如下：（1）通过分析河流不同类型崩岸的崩塌机理和崩塌特点,建立了滑崩、挫崩、落崩和窝崩的力学平衡分析模式，给出了各类崩岸对应的岸滩稳定系数公式，特别是探讨了液化窝崩和淘刷窝崩的分析模式、影响因素和发生条件；（2）考虑到河道纵向冲刷和侧向淘刷引起的河岸土壤应力变化,揭示了冲积河流岸滩挫崩和落崩的崩塌机理，导出了河道岸滩挫落崩塌的临界崩塌高度公式，剪切落崩和旋转落崩的临界淘刷宽度公式，进而导出均质粘性岸滩和二元结构岸滩的崩退速率公式；（3）建立了岸滩土壤特性与洪水浸泡的关系，揭示了洪水位变化和土壤特性对岸滩稳定性的影响机理，给出了洪水期岸滩稳定系数，分析了洪水位上涨、降落和浸泡条件下粘土和粘性岸滩稳定性的变化特点，指出洪水迅速上涨期岸滩稳定性最好，依次为洪水缓慢上涨期、洪水浸泡期和洪水缓慢下降期，洪水骤降期岸滩稳定性最差；（4）根据冲积河流岸滩崩塌后退过程和崩塌土体冲刷特点，建立了粘性岸滩和二元结构岸滩的崩退模式，考虑河道冲刷和岸滩崩塌速率，进而提出粘性岸滩和二元结构岸滩崩退速率的预测方法，与长江和黄河岸滩崩退相符合；（5）针对岸滩崩塌影响因素的种类和作用，建立了崩岸影响因素的层次分析模型，给出了洪水期和枯水期各崩岸影响因素的权重系数，指出洪水期和枯水期各崩岸影响因素的作用具有很大的差异，利用模糊数学原理将定性指标定量化和定量指标标准化，进而构造了枯水期和洪水期岸滩安全性的综合评价函数，提出了河段稳定性综合评价方法。