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泥石流是一种自然现象,也是一种常见的给人们的生活和经济建设造成严重影响的地质灾害。在山区沟谷常有泥石流,而这些地方常聚居大量居民。不仅在陆地山区有泥石流现象存在,泥石流还将大量的泥沙堆积在泥石流水下堆积扇上。但是水下泥石流不如陆上泥石流容易被人们直接观测到。水下泥石流也常常由地震引起的滑坡等派生而来,也有在河流、湖泊和海洋边的泥石流直接进入河流、湖泊和海洋中。水下泥石流是潜在的巨大灾害来源,如在海洋中破坏海底电缆和近岸设施,甚至于造成海啸;在湖泊中造成大量泥沙淤积;在水电站的水库中淤积泥沙减小库容,还可能破坏电站设施和影响江河航道运输。而进入水下的泥石流和周围清水混合流动就形成了浊流。浊流是跟泥石流类似的一种影响河流、湖泊和海洋的水下泥沙运动形式,形成沉积河道是其运动沉积的一个普遍现象。由于浊流具有组成颗粒细小、自身为重力流的特性,使得浊流在水下的运动距离比泥石流更长,运动范围比泥石流更大。浊流仅存在于水中的自身特征,使得目前这方面的研究很少,但是水下浊流造成的影响却不容忽视:在水下沉积抬升河道影响通航,在湖泊入湖口、海洋入海口附近沉积使在入水口附近的岸线向水中推进,在水库内沉积使水库库容减小,使水库放空口、取水口抬升。而利用好浊流在水下的运动规律又可以为我们带来好处,如我国黄河小浪底电站库区还多次利用浊流排沙等。我国的西南山区有大量的水库、水电站,所以研究浊流的运动规律,对防治浊流危害、利用水下浊流运动规律造福人民显得至关重要。通过对前人研究成果的整理分析,目前浊流的研究方式以无量纲分析结合室内试验最为便捷、直接、有效。前人已经得出了形成水下沉积型河道的条件:正确的浊流流量、浊流运动的底坡坡度、泥沙沉降速度和浊流中的泥沙颗粒粒径范围组合。本文在前人的基础上进行无量纲分析和室内试验,研究浊流的体积浓度、水下堆积扇宽度影响浊流运动对形成水下河道的影响,主要得出了以下结论:(1)浊流引入水下的初始体积浓度C0为0.03—0.2时,可以形成水下河道;浊流引入水下的初始体积浓度C0小于0.025(推测值)时,不能形成水下沉积型河道。而体积浓度大于0.2的浊流在实际情况中很少见,因此设置试验的体积浓度上限为0.2。(2)浊流引入水下的初始体积浓度C0和无量纲浊流流量Q*决定形成水下河道的条件为:0.27C0+0.03
*<0.27C0+0.33,且C0>0.025,只有满足这个条件才能形成水下沉积河道。(3)水下浊流的体积浓度C=0.003是形成水下河道的下限值。水下沉积河道的形成与距离水下浊流引入口的距离有关,距离浊流引入口距离越远,同样的水下浊流体积浓度C需要更大的初始引入流量Q*才能形成河道。(4)水下浊流体积浓度C和初始引入流量Q*影响浊流形成水下沉积河道的条件为:体积浓度范围为:0.2Q*>C>0.2Q*-0.05,且:1)距离水下浊流引出口1-2m范围内,C>0.005-0.017Q*才能形成水下河道;2)距离水下浊流引出口2-3m时,C>0.02-0.015Q*才能形成水下沉积河道。(5)堆积扇宽度和浊流引入口宽度的宽度比K值为20-80(水下堆积扇宽度L为0.5m-2m)时,能形成水下沉积河道。当K值变小(堆积扇宽度L变窄)后,堆积扇两侧地形就会影响浊流的运动,使浊流的侧向浊流分流反射,来扰动主流线浊流运动产生紊动,使浊流中的泥沙颗粒不能在较短距离范围内形成河道。(6)堆积扇宽度和浊流引入口宽度的宽度比值K为10-80(堆积扇宽度L为0.25m-2m)时,形成水下沉积型河道的条件为:0.06*<0.027K+1.17,且K>15,只有在这个范围内才能形成水下河道。(7)将野外实际数据带入研究模型进行验证,浊流初始引入浓度C0和无量纲流量Q*的组合,宽度K和无量纲流量Q*的组合都与野外河流入河、湖、海处的实际情况相符合。野外和室内尺度相差大,室内结论不一定完全适合野外。但是与湖、海、深还扇的对比吻合性较好。通过试验的结论,可以一定程度预测野外浊流形成水下沉积河道的情况。为防治浊流对水库、水电站地形的改造,防治浊流在航道淤积影响通航,利用浊流的性质为水库排沙等措施提供理论参考。