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原文传递不饱和挟沙水流作用下弯道凸岸边滩演变规律的试验研究

论文题名：	不饱和挟沙水流作用下弯道凸岸边滩演变规律的试验研究
关键词：	航道整治;弯曲河段;凸岸边滩;撇弯切滩现象;不饱和挟沙水流作用
摘要：	在枢纽下游河道不饱和挟沙水流引发的再造床过程中，弯曲河段普遍出现了“撇弯切滩”的现象。“撇弯切滩”引起的滩槽格局变化，对防洪、航运等产生了重要的影响。不同的弯曲河段，其凸岸边滩冲刷切割的部位不同，产生的影响也不同，系统研究不饱和挟沙水流作用下弯曲河段凸岸边滩的演变规律具有重要的理论意义和工程价值。　　本文采用概化水槽试验、理论分析与实测资料分析相结合的方法，系统研究了不同圆心角弯道的水流动力特性，不饱和挟沙水流作用下弯道凸岸边滩的冲淤演变规律和内在机制，以及弯曲河段的航道整治思路及对策。全文主要结论如下：　　（1）弯道水流动力轴线随着流量的增加向凸岸摆动。圆心角不同，弯道不同部位水流动力轴线随流量增加向凸岸摆动的规律不同，凸岸边滩上流速的沿程变化也不同：弯道上段水流动力轴线随流量增加均摆至凸岸高滩，而下段水流动力轴线向凸岸摆动的幅度随圆心角的增加而减小，下段凸岸高滩流速随圆心角的增加沿程减小速度总体加快。流量、圆心角对床面切应力和水流挟沙力的影响规律也是如此。　　（2）圆心角不变时，凸岸边滩环流强度随着流量的增加大幅增长，凸岸低滩环流强度超过凸岸高滩和凹岸深槽。不同圆心角，弯道的断面环流强度最大值点所处位置随流量的增加变化不大，一般位于滩槽交界处。随着圆心角的增加，凸岸低滩环流强度存在最大值，圆心角从45°增加至90°时，环流强度大幅增加，当圆心角进一步增加至180°时，环流强度又有所减小。　　（3）来流含沙饱和度、流量大小及其持续时间决定了弯道凸岸边滩冲刷切割的结果：来流含沙饱和度越低，流量越大，持续时间越长，凸岸边滩冲刷幅度越大；随着流量的增加，凸岸边滩冲刷范围从低滩滩缘扩大至高程较高的滩体，凸岸边滩从“撇弯”发展为“切滩”。　　（4）圆心角的大小影响了凸岸边滩冲淤分布的规律：不饱和挟沙大水作用下，随着圆心角的增加，弯道上段凸岸边滩的冲刷幅度总体增加；下段凸岸边滩的冲刷幅度总体减小。对于圆心角较大的急弯河段，凸岸边滩“切滩”一般发生在上段，下段凸岸边滩冲刷较弱；而圆心角较小的微弯河段，凸岸边滩“切滩”一般是整体切割。　　（5）弯曲河段“大水趋直、小水坐弯”、凸岸边滩河床组成相对较细是蓄水前后弯曲河段发生“撇弯切滩”现象的前提，流量的大小及持续时间、来流含沙饱和度是弯曲河段发生“撇弯切滩”现象的主要驱动因子，这些因素使得较大流量下弯道凸岸边滩冲刷动力、输沙能力均强于凹岸深槽，凸岸边滩受到冲刷切割，引发“撇弯切滩”现象。河段进口河势的调整可在一定程度上促进凸岸边滩“撇弯切滩”现象的发展。　　（6）不饱和挟沙水流作用下弯曲河段的切滩，易使河段形成分汊河段，凸岸槽甚至发展为主槽，不利于航道的稳定，在主支汊交替时期易出现水浅碍航，急弯河段还会因上段凸岸主槽与下段凹岸深槽交汇处局部航槽弯曲半径过小而碍航。守护凸岸边滩可以保护或者改善弯曲河段航道条件，急弯河段应重点守护凸岸边滩上段；微弯河段除了守护上段边滩以外，还要防止凸岸边滩中下段出现串沟或倒套。
作者：	王俊洲
专业：	水力学及河流动力学
导师：	陈立
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉大学
学位年度：	2019