三峡水库下游河床冲刷与再造过程研究

Downstream of a reservoir, the riverbed erosion and reformation will affect significantly the flood protection, navigation, ecology, environment and shoreline utilization, etc. These issues are frontier subjects in river dynamics. Due to the complication of the problem and the limitation of the research methods, previous research is not mature enough, and the predicted results are not in very good agreement with the real development. In this project, the middle and lower reaches of the Yangtze River downstream of the Three Gorges Project (TGP) will be the research background. Based on adequate prototype data analysis, by use of a long flume equipped with advanced non-contact apparatus, the physics of recovery process of suspended sediment under erosion conditions and the law of sediment transport capacity will be clarified. The time-spatial distribution features of bed material armoring and the riverbed morphology will be revealed. Based on generalized model tests capable of modeling dynamic banks, the law of riverbed reformation of different type river channels will be investigated; the key driving factors affecting the riverbed reformation will be identified. The self-adaption mechanism between the water and sediment movement and the riverbed morphology adjustment downstream of the reservoirs will be revealed via open system theory, and the driving mode of the riverbed reformation will be established. The comprehensive predictive method for the riverbed reformation downstream of reservoirs will be developed. The riverbed reformation process and its evolvement trend with different scale of typical river channels downstream of the TGP will be predicted. The research achievements will enrich the basic theory of riverbed evolution, improve the subject development of river dynamics, and provide theoretical base for the river regulation downstream of the TGP.

水库下游河床冲刷与再造过程对防洪、航运、生态环境及岸线开发利用等均会产生重要影响，是河流动力学学科的前沿课题。因问题的复杂性并受制于研究手段，以往的研究不够深入，相关预测成果与实际发展尚存在明显差异。本项目以三峡水库下游河道为研究背景，在充分分析原型观测资料的基础上，利用配置非接触先进量测设备的长水槽开展试验，阐明冲刷条件下悬移质泥沙的恢复机制及输沙分异性规律，揭示河床粗化及床面形态时空变化特性；基于可模拟动岸的概化模型试验，研究揭示不同类型河段的河床再造规律，辨识影响河床冲刷再造的关键驱动因子，引入开放系统理论阐明水库下游水沙输移与河道形态调整的自适应机制，构建河床冲刷再造的驱动模式；提出水库下游河床再造过程的综合预测方法，预测三峡水库下游典型河段不同尺度的河床再造过程及其演变趋势。研究成果可丰富河床演变学基础理论，促进河流动力学学科发展，为三峡水库下游河道治理提供理论依据。

本项目针对三峡水库下游河床冲刷与再造过程中的关键科学问题开展研究，主要研究工作为：分析了长江中下游长系列实测资料，进行大量现场查勘和调研工作，开展长水槽悬移质冲刷恢复过程试验、平衡输沙水槽试验、河床冲刷调整水槽试验、弯曲河道概化模型试验、分汊河道概化模型试验，实体模型模拟、数值模拟等，引入开放系统理论，辨识河床再造驱动因子与对象，系统研究了三峡水库下游冲刷条件下泥沙输移规律、河床再造机理与驱动机制以及理论预测模型，并结合河流动力学与土力学的学科交叉，扩展改进了水沙数学模型，并综合比较各类模型的预测结果，提出河床再造的综合预测方法，应用于三峡水库下游河段的河床再造过程预测。.所取得的代表性成果：一、水库下游泥沙输移规律与河床再造机理，包括水库下游悬移质泥沙冲刷恢复及输沙能力变化规律、不同类型河道的河床再造机理以及水沙输移与河道变形的自适应关系；二、水库下游河床再造过程预测方法及三峡水库下游河床冲淤演变预测，包括河床再造驱动模型、水沙数学模型关键技术研究和优化扩展、不同类型模型的再造床过程预测以及水库下游河床再造综合预测方法和预测结果。.成果出版专著1部，发表论文 124篇，其中SCI收录29篇、EI收录37篇，申请专利15项、已授权发明专利5项，获软件著作权4项。承办学术会议11次，此外有50余人次参加国内外学术交流，培养博士生3名、硕士生10名。项目组有3人获国家级人才工程资助或荣誉，另有5人获得省部级和协会级人才称号或荣誉，成果获省部级科技进步奖特等奖1项、一等奖2项、二等奖1项、中国水运协会特等奖1项、长江委青年科技奖4项。研究成果促进了河流动力学学科发展，解决了当前河流模拟与预测中的关键问题，部分成果在长江岸线保护与开发利用规划、三峡后续工作规划实施、长江中下游河道综合治理、航道整治、崩岸预报预警等实际工作中成功应用，产生了显著的社会和经济效益。.本项目全面高质量地完成了项目计划书的研究任务。