顺直型河道成型淤积体与水沙运动相互作用研究

Sizes of the sediment deposited bodies are much larger than that of the sand waves and dunes. Sediment deposited body is one of the most active factors and plays important role in the evolution of alluvial rivers. However, few attention had been paid to this topic in previous reseaches. In this project, the evolution properties of the sediment deposited body in straight alluvial channel will be studied. For the sake of fasibility, research will be focused on the sediment deposited bodies in straight alluvial channel with zigzag side-bars which is the simlplest type among all river patterns. Schemaitic model experiment,numerical simulation and theretical analyses will be adopted in the research. Research include the characteristics of flow structure and sediment movement in straight alluvial channel with zigzag side-bars, the evolution of sediment deposited body under the action of flow and sediment movement. Achievements obtained from the research will enhance the understanding of the properties of flow and sediment motion in the natural river, demonstrate the interaction machnesm between sediment deposited body and movement of flow and sediment, and enrich theories of fluvial process of the natural rivers.

河道中的成型淤积体是平原河流河床演变中最活跃的因素，在河床演变中起着重要作用。但以往的研究中，对尺度远大于沙波的成型淤积体变化规律方面的成果很少。本项目根据科学研究中常采用的先简单后复杂的思路，选择平面形态相对简单的交错边滩型顺直河道中的成型淤积体作为主要研究对象。研究手段采用概化模型试验与数值模拟和理论分析相结合的方法。研究内容包括：存在犬牙交错边滩和过渡段浅滩等成型淤积体情况下顺直型河道水流、泥沙运动的基本特性，以及水流、泥沙运动作用下成型淤积体的生成、发展和演变规律。研究成果对深入认识天然河道中的水流和泥沙运动特性、揭示成型淤积体与水流泥沙运动之间的相互作用规律以及成型淤积体的演变特点，丰富河床演变学理论等具有重要的理论意义和实际应用价值。

本项目以顺直型河道中成型淤积体为研究对象，通过模型实验及理论分析对其形成演变规律进行研究。顺直型河道成型淤积体形成试验分为无扰动和有扰动两个方案。无扰动和有扰动方案分别分为两种工况：初始顺直小河工况和进口大量加沙工况，及水位突降工况和进口设置工况。对于成型淤积体的演变规律，通过改变模型试验边界条件及分析天然顺直河道实测数据的方式进行研究。研究发现无扰动下成型淤积体形成需要合适的河道宽深比和床面坡降及上游的大量来沙等条件，滩主要为淤积形成且具有明显的移动特性；在足够大的外界扰动下其中一侧河道床面局部形成明显的冲刷下切，未受扰动的另一侧水流流速较小泥沙落淤逐渐形成滩。冲刷在滩的形成过程中起重要作用，形成的滩位置相对固定并且通常会由于剧烈下切带来的水位降低而迅速出露。试验边界条件改变后成型淤积体的演变周期发生明显变化，不同试验条件下成型淤积体的演变规律也有所差异。通过对长江中下游长河段长时段演变规律进行系统总结，分析了长江中下游河势调整向下游传递规律，提出了能阻隔河势调整向下游传递的阻隔性河段，剖析了阻隔性河段的特征、成因及机理。研究成果揭示了成型淤积体的形成演变特点，丰富了河床演变学理论和内容。