植物對彎道水流結構及推移質運動的影響研究

《植物對彎道水流結構及推移質運動的影響研究》是依託四川大學，由劉興年擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：植物對彎道水流結構及推移質運動的影響研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉興年
• 依託單位：四川大學

項目摘要

由於彎道形態的影響，彎道中存在橫向環流，這使得彎道水沙運動特性與順直河道的特性截然不同；而植被作用下的彎道，由於植物的影響，其水流結構、泥沙輸移及河床演變特性更為複雜，為河道水力學的前沿課題之一。本課題以流體力學、河流泥沙動力學、河床演變學為基礎，研究植被作用下的彎道水流紊動結構、流量預測、河床阻力、能量和動量的損失機理、泥沙起動及輸移規律、彎道環流對床沙顆粒縱向及橫向分選的影響和彎道環流對床面穩定性的影響等，以及這些因素彼此之間的內在聯繫，探討植被作用下的彎道河床演變特性和過流能力的預測方法。通過模型試驗、原型觀測與資料分析，探索物理力學模式，探討植被作用下的彎道水流阻力的合成與分解，提出植被作用下的彎道泥沙起動、泥沙輸移、河床演變和過流能力的計算方法，建立植被作用下的彎曲河道水沙複雜行為的物理圖形，為該類河道的防洪減災、河道整治、取水防沙、河流生態修復等提供理論與技術支持。

結題摘要

由於彎道形態的影響，彎道中存在橫向環流，這使得彎道水沙運動特性與順直河道的特性截然不同；而植被作用下的彎道，由於植物的影響，其水流結構、泥沙輸移及河床演變特性更為複雜，為河道水力學的前沿課題之一。本課題以流體力學、河流泥沙動力學、河床演變學為基礎，通過模型試驗、原型觀測與資料分析，彎道水沙運動基本規律研究,取得以下主要研究成果: （1）彎道水流運動特性研究研究。分析了彎道水流運動的變化特徵，以及床面形態沿程變化對水面橫比降、水動力軸線、斷面環流強度的影響；分析彎道水流垂線流速分布特性. （2）彎道泥沙分選特性研究。分析了分選係數對沖淤特徵的敏感程度，獲得了彎道的分選係數代表粒徑組合關係；討論了分選係數沿程變化及其與沿程地形、床沙中值粒徑之間的關係；分析了分選係數與斷面形態、縱剖面形態和床面切應力的關係。 （3）彎道河床穩定特徵研究。基於水槽實驗資料，提出了彎道橫斷面形態的計算方法，並給出了計算方法中的經驗係數的通用表達式。 （4）植被作用下的彎道水流模型研究。在動量方程中加入植被引起的拖曳力，並考慮彎曲主槽和二次流的影響，採用三種不同的紊流擴散項積分方法，得到了三種計算模型，運用彎道試驗資料對模型進行驗證。通過比較分析不同模型的計算誤差，得到了計算結果最優的模型。 (5)邊界條件對河道流速及床面剪下力的影響研究。在水深平均動量方程中加入了植被引起的拖曳力，給出了流速及床面切應力的二維解析解。根據灘地植被化矩形複式河槽的斷面形態特點，提出了兩種邊界條件。比較這兩種邊界條件後發現考慮了主槽邊壁切應力影響的邊界條件可以給出更好的計算成果。 上述研究成果可為該類河道的防洪減災、河道整治、取水防沙、河流生態修復等提供理論與技術支持。