新水沙条件下长江弯曲分汊河段冲刷调整的试验研究

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分汊河型广泛存在于冲积河流。由于水沙条件、河道边界条件的复杂多变性,分汊河型的演变机理与规律较为复杂。修建大型水利枢纽后,下游水沙条件会发生趋势性变化,新水沙条件下枢纽下游包括分汊河型在内的不同类型冲积平原河段必然发生冲淤调整。三峡水库蓄水后,下游河道来沙量锐减,带来坝下河段长距离、长时间的冲刷,对下游河道防洪、岸坡稳定及生态环境产生深远影响。因此,研究修建水库后分汊河道的演变特点,探索洲滩形态变化与流量、持续时间等水沙参数间的响应关系,弄清水流运动与河床冲淤间的复杂耦合作用,可以为预测新水沙条件下长江中下游河道演变趋势奠定基础,对于长江中下游河道与航道治理的研究,对于长江大保护具有重要意义。本文选择长江沙洲弯曲分汊河段作为研究对象,采用模型试验和理论分析相结合的方法,初步探究了新水沙条件下长江中游弯曲分汊河段水流运动特性、冲刷调整机理、演变趋势及其对航道的可能影响,主要结论如下:(1)新水沙条件下,由于来沙显著减少,弯曲分汊河段总体均呈冲刷状态,不同饱和程度和水流强度下冲刷强度不相同;从横向分布上,凸岸侧汊道冲刷大于凹岸侧汊道。在流量级和作用时间不变时,凸岸侧支汊冲刷量随水流含沙量的增大而减小;在来流含沙量一定时,凸岸侧支汊冲刷量随流量增加呈现先增大后减小的趋势,这是由于不同流量级持续时间不同,在较大流量冲刷较长时间情况下凸岸侧左汊冲刷量最大。(2)新水沙条件作用下,水流运动与河床冲刷调整之间存在着相互影响的耦合关系。在一定水沙条件作用下河床发生冲淤调整,而冲淤变化后的河床又会影响流速分布,使水流挟沙力变化,导致河床冲淤变化继续。沙洲弯曲分汊河段凸岸侧支汊冲刷,同流量下分流比显著增加且流速增大,又将进一步促进其冲刷;凹岸侧汊道则是分流比减小,呈淤积态势。(3)弯曲分汊河段在新水沙条件下发生的凸岸侧冲刷发展、凹岸侧总体淤积的变化也改变了航道条件:凸岸侧汊道航道条件变好,而凹岸侧汊道航道条件趋于变差,航槽宽度不断减小;弯曲分汊河段的这种冲刷调整不仅对自身滩槽格局稳定及汊道航道条件不利,而且会通过出口水流动力轴线摆动影响下游水流入流角及水流结构,进而影响到下游河段的河势稳定及航道条件。
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