三峡水库波浪变化特征及其对库岸土壤侵蚀的影响

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三峡水电站的修建,导致三峡库区水位大幅上升,水域面积更加宽阔,风力在水面的吹程急剧增加,形成较大强度的风成浪,再加上大型船舶的通航,成库后波浪对库岸沿线岸坡的侵蚀破坏将会更加剧烈。波浪侵蚀是三峡水库岸坡土壤侵蚀的重要方式,明晰水库波浪的变化特征及波浪侵蚀对岸坡水力侵蚀的贡献率,为下一步探究波浪侵蚀过程及波浪侵蚀力的数学表达奠定基础。本文主要采用野外定位观测的方法,对三峡水库不同水位运行期间不同干支流的近岸波浪参数进行统计分析,并探究波浪侵蚀强度及不同护岸措施的防护效益。论文主要结论如下:  (1)三峡水库近岸波浪在空间上变化特征明显,由于长江干流与支流日均交通航运量间存在的显著差异,导致干流的波高显著大于支流,且水库同一水位运行条件下,秭归干流近岸有效波高的均值都是最大的,其次为巴东干流,说明靠近三峡大坝,航运繁忙,船行波强度最大。在时间上,波浪观测的大部分岸段均是水位越高,波浪越大。低水位时库段的最小航道实际维护尺度较高水位时有所降低,部分航道的实际维护尺度低于船舶吃水深度,特别是枯水位时,部分水域航道弯、窄、浅、险,相对较差的通航条件严重影响航运量,故低水位时水面波浪强度较高水位偏低。  (2)3-Parameter Weibull分布可以描述三峡水库近岸波浪的波高分布情况,对于确定三峡水库波浪对岸坡的荷载具有重要意义。相对于支流岸段所测数据,干流波高累积频率分布曲线的变化趋势较平缓,说明干流波高分布区间广,大波高发生频繁,与支流存在着显著差异。库面的宽度对波浪的传播产生显著的影响,波浪受到不同的底摩擦阻力,能量随之发生改变,这可能是引起库面宽阔岸段的有效平均波高小于狭窄岸段的原因。三峡水库水面波浪主要受库面风力和行船的影响,风引起的主要为小于3crn的波浪,大于3cm的波浪主要由行船引发。行船对三峡水库近岸波浪的波高变化有着极大的影响,这样会造成波浪能量的变化,从而对库岸沿线自然边坡和路基边坡产生不同程度的侵蚀。  (3)三峡水库库岸波浪侵蚀强度远远大于降雨径流侵蚀强度,波浪侵蚀占到总侵蚀的70%-80%,说明三峡水库波浪对水库岸坡土壤侵蚀具有重要影响。尽管狗牙根可以显著降低土壤侵蚀强度,减蚀效应达到28%,但远远低于植生砖生态护坡措施66%的减蚀效应。此外,植生砖生态护岸试验区内的土壤抗剪切强度也远远大于狗牙根护岸,说明生态护坡的防护效益好,适用于三峡水库岸坡防护工程。
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