本研究成果获国家自然科学基金项目  资助

水流淘刷作用下,冲积河道岸滩崩塌与河床冲淤(岸一床)交互作用是一个复杂的耦合过程,也是河型、河势变化的重要环节。弱约束条件下,河床的冲淤变化会影响岸滩稳定性,而岸滩崩塌后的土体又对近岸起到保护作用,进而影响河床冲淤变化以及河岸坍塌速率,随着坍塌土体的分解输运,岸滩进一步失稳,从而引发河道摆动、主支汊易位等河势调整过程。同时,冲积河流周边,如长江中下游地区,由于气候温和、土地肥沃、水道畅通、自然条件十分优越,人类在历史的岁月中,开垦土地,发展经济文化,使河道两岸成为人口密集、工农业十分发达的地区。因此河道在崩岸摆动及其河势调整过程中,给防洪工程安全及航道畅通带来显著影响。
当前水利枢纽工程建设、流域植被变化等因素(人为、自然两方面)均会大幅度改变下游河流的水沙过程,此时岸-床交互作用过程势必受到影响。因此深入研究冲积河流岸-床交互作用机制,建立岸滩崩塌与河道演变的水沙动力学模拟方法,定量研究水沙变异条件下冲积河流的河势调整响应过程,具有重要的理论和实践意义。

在国家自然科学基金项目等课题的资助下,《冲积河道岸-床交互作用机制及其数值模拟》以“冲积河道岸-床交互作用”为核心,主要开展以下三方面的研究工作。

(一)机理层面:基于岸滩侧蚀坍塌机理,通过水槽试验及理论分析,构建了均质岸滩以及二元结构岸滩侧蚀崩塌力学模式,包括坡脚侧蚀冲刷、上部岸滩崩塌及坍塌土体的掩护作用机制等岸-床交互作用动力学过程。

(二)模拟技术:基于二、三维水沙动力学模型和岸滩侧蚀坍塌力学模式,通过解决岸一床交互作用数值模拟关键技术,包括局部网格可动技术、垂向网格跟踪技术以及二、三耦合模拟技术等,构建了岸滩侧蚀及河道横向变形的水沙动力学耦合模型;模型不仅能模拟河道垂向冲淤变化,而且还能模拟由非均质岸滩侧蚀所引发的河道横向调整过程。

(三)应用实践:以概化水槽和长江中游荆江典型河段为例,采用岸滩侧蚀与河道横向变形水沙动力学耦合模型,初步揭示了水沙条件变化对其平面河势演变特征的影响,从而为河型河势变化理论的深入研究提供基础,亦可为江河治理提供科技支撑。

图书信息
冲积河道岸-床交互作用机制及其数值模拟

作  　者：假冬冬，陈长英
出 版 社：河海大学出版社
出版时间：2018年8月
定    价：38.00元