《山区河流水沙运动规律及航道整治技术研究》围绕山区河流航道治理基本理论和复杂滩险治理应用,进行了山区河流水流基本特性及规律的研究工作,主要针对非恒定流作用下的水流运动规律;河道型水库库区波浪影响;山区河流弯道水流运动规律;河道型水库库区大水深紊流结构及尺度等问题进行了系统。
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1.4主要研究内容与成果
1.4.1研究主要内容
本项目紧紧围绕山区河流航道整治理论及实际问题进行研究,主要从山区河流水沙运动规律、山区河流整治技术及实践两方面展开。山区河流航道整治理论是河流整治的基础和指导,山区河流整治技术及实践是整治理论的具体应用。
下面介绍山区河流水沙运动及航道治理主要面对的问题和研究内容。
(1)目前水流及泥沙运动等问题的求解基本是以恒定均匀流为前提进行的,但在电站运行、水库调度中,由于水流非恒定性很强,必须考虑非恒定流的影响。因此,基于非恒定流作用下的水流运动规律是有待进一步研究的重要课题。
(2)山区河流修建梯级后水域面积大幅增加,原有陆上岸坡变为水下岸坡或水位变动带的岸坡,物理力学指标大幅降低,波浪的淘刷和侵蚀作用大为加强,可能造成路基边坡失稳、道路破坏,致使部分交通运输产业蒙受巨大损失。因此,研究蓄水后波浪的影响以及防护措施具有重要意义。
(3)弯道常是港口、码头、航道、取水口布设和修建的理想场所,但在山区河流弯道发育过程中,在螺旋流作用下会形成河湾凹岸冲刷、凸岸淤积,可能最终导致碍航、断航甚至无法作业。因此,亟须研究河湾的坡岸泥沙起动及防护。而要研究河湾坡岸泥沙起动和岸坡稳定情况,必须对山区河流弯道水流特性进行研究。
(4)在山区河流上修建水库后,常年回水区的水深大幅抬高,在紊动较弱区域往往形成冲泻质泥沙淤积,由此造成清淤工作量大、作用效果不明显。为更好地了解水库常年回水区大水深条件下的细颗粒泥沙淤积规律以及湍流紊动性质,对库区深水明渠紊流结构进行研究具有重要的理论意义和实际工程应用价值。
(5)山区河流较多滩险均存在明显卵石沙波运动,而卵石沙波滩险的形成机理较为复杂,航道整治工程治理难度较大,效果难以维持。因此,研究卵石沙波几何形态、临界水流系数、推进速度、运动形式等对于山区河流卵石沙波滩险治理具有重要的理论和实际工程应用价值。
(6)目前工程界普遍接受并实际运用的推移质输沙率计算公式多达数十、甚至上百种,但在实际计算中,在相同水流条件下,不同公式问的计算成果可相差数倍,而这些推移质输沙率公式孰优孰劣尚无定论。因此,对山区河流卵石泥沙起动、运动模式和输沙率等卵石泥沙基本运动理论的研究具有重要意义。
(7)目前对于泥沙起动的研究较多是以顺直河道河床为基础进行的,而对于斜坡弯道的泥沙起动研究极少。针对弯道坡岸泥沙的起动机理进行研究不仅对泥沙运动力学、河流动力学、河流泥沙工程学等学科具有重要的补充作用,而且对山区航道整治与河湾防护等方面均具有重要的理论意义和实际工程应用价值。
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