壅水条件下推移质泥沙输移机理研究

Backwater usually happens in the fluvial river and reservoir channel. The mechanism of bed-load sediment transportation in backwater condition is much more complicated than that in the uniform flow condition. Up to now there is lack of systematic research and mechanism study on the bed-load sediment transportation in the condition of backwater.The proposed project will take insights of the flow characteristics and bed-load sediment transportation mechanisms in the different conditions of backwater.The methodology combined with theoretical analysis, prototype observation analysis and flume experiment will be applied to study the mechanisms of bed-load sediment transportation in backwater condition. Prototype observation data can be used to analyze the bed-load sediment transport characteristics and the main influence from the backwater. The flume flow experiment will be applied to study the flow structure characteristics in the backwater conditions. The bed-load sediment transport mechanisms will be studied by the sediment model in the flume, and the calculation relationship will be revealed among the backwater degree, bed-load sediment incipient codition and bed-load sediment transport rate. Based on the proposed study above, the project will classify the backwater conditions' impact mechanisms on the transversal flow structure, bed shear stress, etc. in the contributions of space and time, and reveal the influence mechanism from the backwater conditions.The proposed project will give great contributions to enrich and improve the sediment dynamics and river evolution, etc., and has greatly applicable value in practice.

天然河流和水库库区等河段壅水情况非常普遍，壅水条件下推移质泥沙输移规律比均匀流条件下更复杂，目前这方面缺乏系统的研究和机理上的认识。本项目将从不同壅水条件下的水流特性及推移质泥沙输移规律着手，采用理论分析、实测资料分析、水槽试验相结合的方法，研究壅水条件下推移质泥沙输移机理。利用原型观测资料，进行壅水条件下推移质泥沙输移特点及主要影响因素分析；采用清水定床水槽试验，研究不同壅水程度条件下水流结构特征的变化规律；通过推移质泥沙输移水槽试验，研究壅水条件下推移质泥沙输移机理，并建立壅水程度指标与床面泥沙起动条件、推移质输沙率的计算关系式。基于上述研究，阐明不同壅水条件（壅水程度指标）对断面水流结构、床面切应力等因子空间分布变化的影响规律，揭示不同壅水条件对推移质泥沙输移影响的作用机制。本项目研究成果对丰富和完善河流泥沙动力学、河床演变学等学科具有深远的意义，同时具有重要的应用价值。

天然河流和水库库区等河段壅水情况非常普遍，壅水条件下推移质泥沙输移规律比均匀流条件下更复杂，目前这方面缺乏系统的研究和机理上的认识。本项目从不同壅水条件下的水流特性及推移质泥沙输移规律着手，采用理论分析、实测资料分析、水槽试验相结合的方法，研究壅水条件下推移质泥沙输移机理。通过水槽试验资料、天然河道实测资料与4家常用的起动流速公式进行对比分析，表明:现有的经典的起动流速公式不足以满足大壅水条件下的起动条件；对于水槽小壅水，尽管公式形式上满足，但是对于起动粒径的选择上，有一定的差异性。通过水槽试验资料、天然河道实测资料与6家推移质输沙率公式的对比分析，表明：现有经典推移质输沙率公式不能用来预测壅水条件下的推移质输沙率，而且壅水程度越大其准确性越差。通过不同壅水条件下清水水槽试验，观测并分析了摩阻流速和床面切应力的变化规律，二者均是随着壅水程度的加大而减小。通过推移质泥沙起动试验，得出对于推移质泥沙的起动标准选取取样标准, 得到了对应与壅水指标相关的起动流速公式。壅水条件下现有公式计算的单宽输沙率偏大，而且随着壅水程度指标的增加，现有公式计算值偏离越大。当壅水程度指标达到1.3以上时，现有各家公式不适合用来计算推移质输沙率。引入壅水程度指标，将水流强度和输沙强度指标无因次化，得出了适合在水库库区壅水河道特别是三峡库区河段使用的推移质输沙率公式。本项目研究成果对丰富和完善河流泥沙动力学、河床演变学等学科具有重要意义，同时具有重要的工程应用价值。