异重流耦合积分模式与演化机理研究

由水流挟带泥沙而引起的密度差驱动的异重流常发生于海洋和河流水库。在适当的条件下，异重流可能显著冲刷海床或河床，含沙量逐渐增大，与环境流体之间的密度差相应增加，流动的驱动力随之增强，从而演化为侵蚀能力很强的自加速异重流，将大量泥沙输送至下游。然而，现有广泛应用的异重流积分模式为非耦合模式，理论上存在根本缺陷，不能描述床面剧烈冲刷对异重流演化的反馈作用。本项目建立异重流耦合积分模式，以完整地反映水、沙运动和床面之间的相互作用；提出异重流积分时间尺度这一基础性概念，分析其变异规律；揭示环境水沙条件和床面变形等影响异重流演化的机理，界定现有积分模式的近似适用条件；以黄河小浪底水库为背景，应用耦合积分模式研究诱导异重流冲刷河床、提高水库排沙效率的有效途径。本项目所研究的异重流代表一类典型的多组份、多过程、多尺度流动，是环境力学领域的重要科学问题，科学意义显著，并对河流与近海环境管理有潜在的应用价值。