堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷機理研究

《堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷機理研究》是依託四川大學，由曹叔尤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曹叔尤
• 依託單位：四川大學

項目摘要

堰塞湖次生災害危害極大，如風險評估尚不成熟，其中堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷是風險評估的關鍵科學問題之一。本課題以地震次生災害防治、河流生態恢復為套用目標，進行堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷機理的基礎理論研究。以水力學、泥沙運動力學和河床演變為基礎，研究堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷的水動力條件、泥沙起動破壞條件、推移質輸移規律、縱剖面形態、床面穩定條件等，以及這些因素之間的內在聯繫，並探討其河床演變特性，研究河床變形的反饋機制。通過水槽試驗、原型觀測與資料分析，建立堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷的物理圖形，探討堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷的推移質輸沙率公式，從而建立堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷的計算方法；分析溯源沖刷強度的變化規律，進而建立堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷過程中床面縱剖面變化過程的計算方法。其研究成果可以為堰塞湖險情排除提供理論和技術支持，豐富和完善河流動力學的研究內容，實現溯源沖刷研究在理論、概念與方法上的完善和更新。

結題摘要

堰塞湖次生災害危害極大，如風險評估尚不成熟，其中堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷是風險評估的關鍵科學問題之一。本課題以地震次生災害防治、河流生態恢復為套用目標，進行了堰塞湖泄洪明渠溯源沖刷機理的基礎理論研究，取得以下主要研究成果: (1) 地震堰塞湖對山區河流的影響與綜合治理研究。在野外考察地震堰塞湖安全的基礎上，分析了壩體級配、兩岸山體的穩定性以及床面結構對堰塞湖穩定的影響，提出了判斷堰塞湖安全的指標；分析了汶川5.12地震在四川省境內形成的眾多堰塞湖的不同類型、組成特徵, 提出堰塞體等河道堆積物對河流自然形態、生態環境和人類社會可能存在的影響。針對震後山區河流開發保護與生態環境建設的目標, 對堰塞體綜合治理提出了具體的指導意見和措施。 (2) 堰塞壩泄流沖刷和泥沙輸移研究。分析堰塞壩不同內坡坡度和不同壩體級配對潰壩過程的影響，分析了分選係數、壩體內坡和初始潰口寬度對最大輸沙率的影響，分析潰壩過程不同階段的壩體侵蝕特性，分析了整個潰壩過程水庫的水位和洪峰流量變化特性；提出堰塞湖潰壩模式，建立了堰塞湖潰決與泥沙休止角之間的關係。 (3) 堰塞湖泄洪明渠泥沙起動機理及其套用研究。建立了從層流到紊流光滑區阻力係數統一表達式。利用比例法建立最終的統一表達式，同時利用蔡克士大試驗數據確定了統一表達式確定了公式參數。建立了希爾茲曲線的直接表達式，改善模模擬精度。通過對於唐家山堰塞湖下遊河道不被沖刷時所能承受的最大水位分析，發現如果洪水達到北川縣的河道設計流量上限，在不考慮粗化作用的前提下河道會有沖刷，將河道沖刷的因素考慮進去綜合設計會達到一種最佳的效果。 其研究成果可以為堰塞湖險情排除提供理論和技術支持，豐富和完善河流動力學的研究內容，實現溯源沖刷研究在理論、概念與方法上的完善和更新。