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坝下游河流演变及模拟(黄河下游)
[澳门挂牌全篇之完整2023年:30777 次] [更新时间:2018-11-28]

游荡型河流的突出特点是河床宽浅散乱,主流摆动不定,滩岸易发生坍塌,河势变化急剧,演变规律复杂。与其它类型河流相比,游荡型河流的工程治理难度较大,因此急需掌握其演变规律及模拟技术。本研究以游荡段滩岸冲刷机理与平滩河槽调整规律为基础,改进了河宽调整过程的动力学模拟方法,与模拟河床纵向变形的二维水沙数学模型结合,建立了平面二维河床纵向与横向变形数学模型,用于模拟游荡型河流的演变过程。

1)游荡型河流的演变规律

因小浪底水库蓄水拦沙,黄河下游游荡段河床持续冲刷,滩岸崩塌较为严重。由于缺乏下游滩岸土体组成及力学特性资料,难以确定近期滩岸崩退较为严重的原因。采用实地查勘与室内土工试验,结合实测资料与力学理论分析,定量揭示了游荡段滩岸崩退严重的两个原因 (Xia et al., 2008CSB):土体粘粒含量少、抗冲能力差,岸边水流切应力比滩岸土体起动切应力大一个量级;滩岸土体的抗剪强度(凝聚力与内摩擦角)随含水率增加而减小,汛期遇水浸泡后, 其凝聚力可降低90%,导致岸坡失稳而发生崩塌。

游荡段河床持续冲刷,平滩河槽形态发生显著变化。但以往特定水文断面的河槽形态变化难以反映整个河段的调整规律。因此提出了河段平均的平滩河槽参数(如河段平滩河宽或水深等)的计算方法 (Xia et al., 2014Geom)。基础上建立了游荡段河段平滩河宽及水深与4年平均的汛期流量及来沙系数的经验关系,能从整体上预测游荡段平滩河槽形态的调整过程 1)。

1. 游荡段平滩河槽形态的河段平均值与公式计算值比较

2)游荡型河流演变过程的模拟技术

游荡型河流断面宽浅、水流散乱,河床横向变形(主流摆动与滩岸冲刷)相当显著。但由于横向变形的力学机理与过程十分复杂,当时国内外还缺少模拟河岸变形过程的成熟理论与方法。因此需要开展游荡型河流演变过程的模拟技术研究

建立了平面二维河床纵向与横向变形数学模型 (Wang et al., 2008JHE)该模型包括:①正交曲线坐标系下的平面二维水沙数学模②改进了不同类型土质河岸冲刷过程的力学模拟方法,重点完善了粘性土河岸的冲刷模③提出河岸形态修正技术(图2),将水沙数学模与河岸冲刷模紧密结合

2 河岸形态修正技术

以黄河下游花园口至来童寨游荡段为研究对象,采用该模型计算了1961年非汛期的河床变形过程,不仅能较好地模拟出该河段内水流散乱、主流摆动的过程,而且还能模拟出河床的纵向冲淤、滩岸的坍塌与淤长过程,计算结果与原型观测值符合较好(3)。因此该模型能够较好地模拟出游荡段非汛期槽淤滩冲与汛期槽冲滩淤的演变规律,弥补了现有泥沙数学模型一般不能模拟河岸变形的不足。

3. 典型断面形态变化计算与实测对比 

主要参考文献:

[1] 澳门挂牌全篇之完整2023年,王光谦,吴保生. 游荡型河流演变及其数值模拟. 中国水利水电出版社. 2005.

[2] Wang GQ, Xia JQ* and Wu BS (2008). Numerical simulation of longitudinal and lateral channel deformations in the braided reach. ASCE, Journal of Hydraulic Engineering, 134(8): 1064-1078.https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%290733-9429%282008%29134%3A8%281064%29

[3] Xia JQ*, Wu BS, Wang YP and Zhao SG. (2008). An analysis of soil composition and mechanical properties of riverbanks in a braided reach of the Lower Yellow River. Chinese Science Bulletin, 53(15): 2400-2409.https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11434-008-0282-9

[4] Xia JQ*, Li XJ, Li T, Zhang XL and Zong QL(2014). Response of reach-scale bankfull channel geometry in the Lower Yellow River to the altered flow and sediment regime. Geomorphology, 213: 255–265.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169555X14000609

[5] Li J, Xia JQ*, Zhou MR, Deng SS, Wang ZH (2018). Channel geometry adjustments in response to hyperconcentrated floods in a braided reach of the Lower Yellow River. Progress in Physical Geography, 42(3): 352–368.https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/0309133318776492

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