河道水流、泥沙與植被耦合作用機理及套用研究

《河道水流、泥沙與植被耦合作用機理及套用研究》是依託清華大學，由江春波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：河道水流、泥沙與植被耦合作用機理及套用研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：江春波
• 項目類別：面上項目

項目摘要

河口及內陸河道泥沙沖淤問題，給防洪和生態環境工程帶來災害。本立項在野外調查的基礎上，針對入湖河口地區的特點，選取具有植被的突擴和漸擴河道、具有植被的島嶼等，分別研究植被對河道水流運動及泥沙沖淤的影響。植物被水淹沒後，河道回流區範圍和漩渦形態受水位升降和植被密度變化支配。試驗針對入湖河口地區水位變化頻繁的特點，選取典型河道，以水位升降和植被密度變化為參數，不僅觀測植被對水流的影響，也觀測水流對植被的衝擊影響。建立水流運動模型和通過植被間隙的物質對流擴散模型。探討灘地植被對河道回流區、漩渦結構、泥沙沉積及地形沖刷的影響機理。本立項在以下兩個方面具有創新性，（1）植被對突擴河道回流區及河道沖淤的影響機理；（2）植被對島嶼尾流及地形沖淤的影響機理。上述研究尚屬首次。集成水流運動模型、懸移質和推移質泥沙輸移模型、河床變形模型，結合衡水湖及周邊河道的實際模擬河口水沙運動，研究具有理論意義和實際套用價值。

結題摘要

針對植被對河道水流及泥沙淤積影響問題，在植被對水流影響的研究方面開展了多個物理模型試驗。如在平底矩形河道的全斷面長距離布置植被，完成了挺水植被及淹沒植被對水流流速分布及流動阻力影響試驗，揭示了有植被情況下流速垂向分布的特徵，包括流速垂向分布的極值點及拐點位置；開展了複式斷面河道情況下植被對流速分布的影響研究，獲得不同複式斷面河道情況下的流速分布規律，並通過理論分析的方法獲得複式斷面流速分布的解析解。 完成了斑塊植被對水流流態影響研究，揭示了斑塊植被尾流區水動力特徵，包括尾流區流速分布隨植被密度的變化規律；在斑塊淹沒植被的情況下，流速具有三維分布特徵，如流速分布在斑塊後側的尾流區及立面回流區，揭示了尾流區及立面回流區流速分布特徵隨植被密度的變化規律。在植被對水流影響研究的基礎上，開展了植被對河道泥沙淤積試驗觀測，在水槽一側及水槽中間部位布置矩形斑塊植被，觀測植被區、尾流區及植被兩側無植被區的泥沙沉降規律。在物理模型試驗的基礎上，建立了包括植被、水流及泥沙淤積耦合的數學模型，預測植被對河道泥沙淤積的影響。研究結果套用於北京市平谷區的泃河整治，研究為河道生態整治提供科學依據, 本項目執行期間為2013年1月至2016年12月，目前在國際學術期刊上發表標明本資助號的SCI論文6篇，中文期刊及會議論文11篇， 合計發表論文16篇。完成面上基金項目對發表論文的要求，在國際本領域高質量的學術期刊上發表論文多篇，證明本研究結果的創新性。