冲积河道岸、床交互作用机制及其三维水沙动力学模拟研究

冲积河道岸滩崩塌与河床冲淤（岸、床）交互作用是河床演变的关键环节，其引发的河道摆动、主支汊易位等调整过程给防洪、航运带来显著影响。本项目拟采用多种研究方法，充分考虑冲积河道岸、床相互影响的过程，对其动力机制和三维数值模拟方法进行研究。首先，依据紊流力学、河流动力学及土力学等理论，在基础层面上研究岸、床交互作用的机理并建立数学描述方法，包括坍塌土体对近岸的掩护作用机制、岸滩侧蚀沿垂向的分布及模式等。然后，针对传统三维水沙模型仅能模拟垂向冲淤的不足，考虑水流（二次流、主流）冲刷下岸、床交互作用的三维特征，重点解决河道横向调整三维水沙动力学模拟的关键技术问题。采用天然河流及试验水槽资料对模型进行验证，定量研究水沙变化对岸、床交互作用及河道调整过程的影响；并结合河岸侧蚀的理论分析，探讨其规律性。该项目研究成果可为河型、河势变化理论的深入研究提供基础，也可为大江大河的防洪工程和航道整治提供技术支撑。

水流淘刷作用下，冲积河道岸滩崩塌与河床冲淤（岸、床）交互作用是一个复杂耦合过程，也是河型、河势变化的重要环节，其引发的河道摆动、主支汊易位等调整过程，给防洪和航运工程带来显著影响。通过本项研究，主要取得以下成果：（1）依据河流动力学、土力学等理论，结合现场资料分析、试验研究和理论探讨等研究手段，对冲积河流最为常见的二元结构河岸侧蚀崩塌的成套力学模式进行了深入研究，在基础层面上建立了岸、床交互作用动力学过程的描述模式，包括坡脚侧蚀冲刷计算模式、上部土体崩塌失稳判别模式以及坍塌土体对近岸河床的掩护作用机制；（2）基于岸滩崩塌、河床冲淤交互作用力学描述模式，解决岸、床交互作用三维水沙动力学模拟中的关键技术难题，构建了岸、床交互作用的动力学耦合模型；（3）采用岸、床交互作用水沙动力学耦合模型，以长江中游荆江典型河段以及概化水槽为例，定量研究了典型水沙条件变化对岸、床交互作用及河道调整过程的影响，初步揭示了水、沙及岸滩抗冲性等要素对河道横向调整过程的影响机制。项目研究成果不仅可丰富河流动力学相关基础理论，同时也可为大江、大河的治理提供技术支撑，具有重要的理论价值和实践意义。