多沙河流河道洪-床-岸相互作用机理试验分析研究

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长期以来,关于河床演变的特征和机理方面问题的研究是国内外学者致力探索的。探明河床演变规律对解决河道防洪、河道的整治工作、通航以及水利工程修建提供理论依据有着重要的意义。以往对于河床演变的研究是从河流地貌特征、河型的分类、河道的输沙能力、河流的能量消耗和一些机理方面入手,研究的方法主要是通过模型试验和数学模拟;从能量角度出发,将洪水、河床和河岸练习起来,探究他们之间相互作用关系对河床演变带来的影响,再从洪水-河床和河岸相互作用机理的角度去认识,回答河床演变的成因和河道演变规律,研究甚少。而了解和掌握多沙河流在自然和认为双重因素影响下的河床冲瘀演变过程,认识并探明洪-床-岸相互作用机理,这样既提高了人们的认识水平,同时还能够丰富河床演变学学科的内容。  本研究论文从河道洪水-河床-河岸相互作用机理的角度去认识河床演变,提出了弯道河流和顺直河道洪、床、岸相互作用模式的实验设想,再结合概化模型实验来证明这样的设想,最后,得出洪、床、岸相互作用的一般模式,取得了如下的主要成果:  (1)通过交汇流水槽概化模型实验的研究,得到了汇流区水流垂线平均流速分布规律和影响因素,主要受主支汇流和水流流态的双重影响;通过观测分析示踪粒子的运动,发现了在交汇口下游存在水流分离区、高流速区、恢复区和泥沙的输移轨迹,示踪粒子淤积的位置、回流区范围受汇流比和入汇角度的影响;同时发下不同工况下的各断面上出现最大单宽动能位置的变化趋势基本一致,60°交汇角比92°交汇角河道容易输沙。  (2)通过顺直河道概化模型实验研究,揭示了顺直河道河床横向演变过程的机理,探明了横断面水流动力区动力和阻力的消长关系、动力区宽度及位置变化的原因;验证了水流动力区的宽度和位置的变化时由于河道横断面变形引起的,而河床变形主要取决于横断面上水流动力区的动力与阻力消长关系,从能量的角度出发,阐释了河道的冲瘀问日;在模型实验条件下,建立了河相系数(宽深比)与能耗之间的关系表达式。  (3)内蒙古典型河段河道冲瘀演变特征和河床演变规律的实例分析也表明了上述模型实验结果的存在,为从河道洪、床、岸相互作用机理的角度去认识和研究河床演变提供了依据和实际案例。
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