流域内人口密度高,河流是人类赖以生存的环境的重要组成部分,兴建水库引起的河床调整必然将对流域社会、经济产生深远影响,对工程效益以至成败的影响也是显而易见的。一方面,为了开发利用水资源而兴修水库等工程是非常必要的,这将不可避免地引起水沙变异;另一方面,为了保障下游两岸的安全和稳定,又需要避免河床形态调整带来的负面影响。因此,需要了解河流在自然状态下,以及受到干扰后的调整过程,从而能够使人类整治行为更好地顺应河流的调整趋势。然而,当前针对具体河段的河床演变以及整治措施比较多,对水库下游河床调整的机理研究较少,相应的整治和防护措施研究则更加贫乏。 本文以水库修建后水沙变化为主线,将水库下游的河道整治与河床演变相结合,同时注重了水库下游纵向、横向河床变形的发生发展规律,以及新环境下河道整治、防护措施所面临问题,提出初步的改进和解决方法。 取得主要研究进展如下: (1)分析水沙变异下河床演变特性及整治所面临的挑战,提出河床整治以河床演变为基础,当水沙变异后河床演变呈现出新的特征,这必然也将对河床整治提出新的要求。 (2)通过国内外多个水库下游实测资料的系统分析,对水沙输移的一般特性进行了总结,得出以下认识:水沙条件发生较大变化时,河床调整十分迅速,并且调整随时间的发展是非线性的。在最初的时刻强度最大,逐渐减缓直至达到新的平衡。水库下游河床演变现象,主要表现在纵断面和横断面变化上,随着水沙条件变化的幅度,河床形态的调整速率也具有阶段性。基于以上特性,结合丹江口水库建库前后下游演变情况,将本文总结的规律和实际的河床演变现象进行了对比检验,表明本文得出的认识对实践具有一定指导意义。 (3)对电站日调节波的变化特性进行了分析,指出日调节波对河床演变的影响随着水库调节方式以及河道特性的差异而不同。结合三峡电站日调节资料,对日调节波进行模拟分析,结果显示日调节波将加剧局部比降对航运的负面影响。 (4)总结了河床纵向变形的一般特性,并对水沙变异后河床纵向变形特性进行了分析;比较了预测水沙变异后河床纵向变形深度的估算方法,并以三峡下游沙卵石河床为例,利用数值模拟方法估算了河床的纵向冲刷发展过程。然后结合河床纵向演变特点,对各种纵向防护措施效果、适用性、型式以及稳定性进行了探讨分析,并指出了改进现有防护建筑物的必要性和途径。建库后,由于沿程河床冲深,将使建筑物附近出现新的冲刷,即所谓的断层冲刷问题,因此,一方面要正确估计天然情况下各种防护措施附近的最大冲刷深度,另一方面要对水库修建后可能出现的断层冲刷进行防护。为此,本文对估算建筑物附近最大冲刷深度的方法进行了比较分析,利用实测资料,改进了现有一些冲深估算公式。