冲积河流形成过程中河型演替规律研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51079104
项目类别：
面上项目
资助金额：
41.0万
负责人：
张小峰
依托单位：
武汉大学
学科分类：
E0903.水力学与河流动力学
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
姚晓明；董炳江；渠庚；李海彬；申红彬；卢新华；陈翠霞；姚志坚；
关键词：
冲积河流河床演变模型试验河型演替

项目摘要

本项目将首先采用概化模型试验研究不同内外动力因素如地壳构造运动、湖海平面变化、上游水沙变异、河道比降变化、河岸带植被覆盖程度等组合作用下冲积河流形成过程中河型演替规律，研究冲积河流河型演替的主要控制因素；研究围堤、护岸、丁坝等人类活动对冲积河流河型演替过程的影响。对以上两个方面进行对比分析得到冲积性河流形成过程中河型演替规律以及对不同控制因素的响应过程。在上述概化模型试验的基础上建立三维水沙数学模型，模拟冲积河流在形成和发展过程中河型演替变化规律。本研究对于认识平原冲积河流形成和演替规律具有重要的理论意义，其成果将丰富河床演变学、河流沉积学的理论和内容，并可为冲积河流的系统规划和管理提供科学依据。

结项摘要

本项目研究了冲积平原形成发展规律、冲积河槽形成发展过程及河型演替规律等内容，并对水沙数值模拟理论方法和河道冲淤计算方面进行了研究，具体如下：.（1）新建了概化试验平台，分别用塑料沙和天然沙进行试验，得到了冲积平原形成发展规律、冲积河流形成发展过程及河型演替规律。.① 首先用塑料沙，研究了水流、泥沙从山区进入开阔区域过程中堆积体的形成发展规律及河槽变化过程。.② 其次用天然沙，研究了水流、泥沙从山区进入开阔区域过程中堆积体的形成发展规律、河槽变化过程及河型演替变化规律。.（2）分别进行三维水流泥沙数学模型、数值模拟理论方法和冲淤量计算方面进行了研究。.① 在三维水流泥沙数学模型方面，利用标准k-ε模型，采用有限体积法来模拟自由表面的时间变化，壁面函数法处理壁面边界，并选用合适的泥沙参数和泥沙近底边界条件。.② 在泥沙运动的大涡数值模拟方面，探索了泥沙模拟的数值离散格式，分析了剖面二维及三维悬移质泥沙输移模型中泥沙重力作用项离散格式引起的两类问题：不合理的数值含沙量孤点及其引起的泥沙质量不守恒问题和相邻单元垂向流速方向变化引起的不连续数值含沙量场问题。.③ 在河道冲淤量研究方面，探讨了断面间距和网格尺寸对地形法计算河道冲淤量的影响；考虑水文测验存在的误差，以及河道崩岸、河道采砂、河道分汇流、河段水量不平衡等引起的区间沙量变化对输沙量法计算河道冲淤量进行了修正。.（3）天然河道的水流一般均为非均匀流，非均匀流的水流运动特性有别于均匀流。本研究中对非均匀流下的床面摩阻流速和糙率变化进行了研究，采用数值试验的方法，得到了不同壅水下非均匀流床面切应力、摩阻流速和糙率的计算结果。. 结合研究成果，本项目共撰写学术论文16篇，其中已发表的期刊论文6篇（SCI收录2篇，EI收录1篇），已发表的国际会议论文3篇（EI收录1篇），已录用待发表的期刊论文4篇，正在审稿中的期刊论文3篇；培养博士研究生2名，参加国际学术会议3次，完成了项目计划的主要内容。