《汶川地震重災區河流修復的穩定性機理研究》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：汶川地震重災區河流修復的穩定性機理研究
- 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,結題摘要,
項目摘要
汶川地震重災區河流的穩定性問題，無論對於近期災後重建，還是對今後相當長的歷史時期的災區可持續發展是最基本的前提，是河流修復的基礎性條件。要確保汶川地震重災區河流穩定，涉及對流域地質、地貌、山區河流泥沙運動、河床演變機理與河流修復機理的深入認識。採用河流動力學模型試驗、野外調查，歷史地震對河流穩定性的影響分析等三種方法結合的技術路線。模型試驗的主要內容是：階梯深潭結構的橫向水力幾何形態、以坡折點（尼克點）為穩定基礎的縱向剖面形態、平面最佳穩定布局形式、不同河床顆粒級配等因素對階梯深潭結構穩定性的對比。建立汶川地震重災區河流修復中的河流穩定性歷史模型；建立階梯深潭穩定過程的物理圖形；提出階梯深潭穩定過程中縱剖面的計算方法和泥沙輸移模式，確立沖刷量和沖刷強度的計算方法，建立汶川地震重災區河流修復中的河流穩定性指標體系。項目成果將為山區河流動力學理論基礎和災後重建的河流修復工程項目提供科技支撐。
結題摘要
汶川地震重災區河流的穩定性問題，無論對於近期災後重建，還是對今後相當長的歷史時期的災區可持續發展是最基本的前提，是河流修復的基礎性條件。本項目通過野外調查、模型試驗、理論分析，開展了汶川地震重災區河流修復的穩定性機理研究，取得以下主要研究成果： （1）通過水槽模型試驗，研究了考慮滲流情況下非粘性堰塞壩體的漫頂潰決侵蝕機理，分析了潰壩過程的同階段水流條件及壩體侵蝕的相互關係，發現潰決洪峰過程與壩頂長度和入庫流量相關；潰決流量變化與潰口展寬、下切速率相關，探討斜坡泥沙起動這一機理解釋堰塞壩潰決的試驗現象。 （2）探討了在恆定流條件下非均勻卵石床面的推移質運動變化過程特性，提出有效描述推移質輸沙率的隨機過程的分布函式，提出了分布函式中的參數與採樣歷時以及無量綱希爾茲切應力的關係式。 （3）探討了清水沖刷與粗化層破壞過程中的最大推移質輸沙率與水流強度的相關關係；揭示了粗化層破壞過程中的推移質輸沙率峰值相應的無量綱輸沙率強度的變化規律；採用梅葉-彼德公式相同的形式，得到了清水沖刷與粗化層破壞過程中的推移質輸沙率相應的無量綱輸沙率強度的關係式。 （4）基於歷史模型研究方法，開展了四川歷史地震與2008 年汶川地震誘發洪災的比較研究，發現了四川河流具有山區河流下切的總體趨勢。地震形成的大量次生地質災害在造成河流破壞的同時，如果修復整治工程符合河道穩定原理，可以化河流災害為河流新生，促進地震災區河流向穩定的方向發展。地震堰塞壩具有的誘發洪水風險與穩定河道的雙重趨勢，關鍵在於判斷和維護地震災區堰塞湖的穩定性。 （5）利用Markov過程的交換強度公式導出了交換強度，在時間離散狀態離散的單個泥沙顆粒的單步轉移機率矩陣的基礎上導出了時間連續狀態離散的單個泥沙顆粒的單步狀態轉移機率矩陣；根據近底泥沙交換的隨機-力學模式及輸沙率機率分布，從理論上建立了非均勻沙任意粒級推移質輸沙率的新公式。 （6）通過野外調查、水槽試驗及水沙數學模型計算，揭示了山洪水沙共同作用引發的山洪泥沙災害特徵；提出在山洪泥沙作用下的洪水水位的計算方法；在深入研究山洪泥沙運動規律的基礎上，開發了山洪災害分析的水沙數值模擬技術和平台，成功實現了山洪泥沙運動過程的模擬。 其研究成果可以為汶川地震重災區河流修復提供理論和技術支持，豐富和完善河流動力學的研究內容，實現河流修復研究在理論、概念與方法上的完善和更新。
