《明槽湍流非均勻推移質泥沙輸運機制與積分模式》是依託武漢大學，由曹志先擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：明槽湍流非均勻推移質泥沙輸運機制與積分模式
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹志先
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
明槽湍流輸沙現象普遍發生於地表水環境，在水災害防禦、水工程以及水環境與水生態學研究等領域具有重要意義。近半個多世紀明槽湍流輸沙研究取得了顯著進步，但這些進步集中於理想化的均勻沙輸移問題。迄今對非均勻推移質泥沙運動規律和特性的認識還遠未清楚，制約了明槽湍流輸沙基礎理論的發展。本項目將通過基礎理論研究、水槽實驗和精細數學模擬等手段研究非均勻推移質泥沙在明槽定常、不定常湍流作用下的輸運機制；建立基於河床表面特性的、流動與河床之間非均勻沙交換模式，從而建立明槽湍流、非均勻推移質泥沙輸移與河床演化的耦合(水深)積分模式理論；發展申請者最近提出的沖積河流多重時間尺度理論，揭示非均勻推移質泥沙運動積分時間尺度特徵與挾沙力概念的近似適用條件。本項目所研究的湍流輸沙代表一類典型的多組份、多過程、多尺度流動，是環境流體力學領域的重要科學問題，具有顯著的科學意義和套用前景。
結題摘要
長期以來，對明槽非均勻推移質泥沙運動機制與規律的理解還非常有限，制約了泥沙運動基礎理論的發展。本項目通過理論研究、水槽實驗和精細數學模擬，重點研究了明槽非均勻推移質泥沙運動與河床演化的機制與規律。首先，進行了一系列恆定流、非恆定流作用下非均勻推移質輸移水槽試驗，獲得了系統的實驗數據，揭示了粗顆粒對細顆粒運動的抑制作用以及細顆粒對粗顆粒運動的促進作用；還揭示了非恆定流相對於恆定流對非均勻推移質運動的促進效應。不僅如此，這些觀測數據資源對將來進一步研究非均勻推移質輸移與河床組分變化的機制與規律也有重要價值。其二，基於淺水動力學框架，建立了明槽水流、非均勻推移質運動與河床演化的耦合積分模式理論。其三，基於該模式理論，分析了水-沙-床之間相互作用的時間尺度特徵，對典型推移質輸移實例進行了數值模擬研究，揭示了非均勻推移質挾沙力概念與飽和數學模型的有條件適用性。特別地，在圓滿實現原定研究計畫的基礎上，建立了明槽雙層積分平均水沙耦合數學模型，為深入研究沖積河流水沙動力學過程提供了新的模式理論。迄至本項目結題日，已經正式發表學術期刊 SCI 論文共7篇、錄用待刊1篇（總計8篇）；湖北省優秀博士學位論文1篇。另已投稿或完成（尚待發表 SCI 學術期刊）論文共3篇。
