河流推移质输移带特性研究

摘 要：河流推移质运输带规律不仅基于泥沙输移、河床底部侵蚀和沉积基础研究，而且还基于河床的形状演变，水力输送沉积物等基础研究，在物理模型和数值模拟计算中对实验结果也起到不可忽视的影响，河流推移质的输移带规律研究在国内外河流研究领域备受关注。本文在总结山区河流和水库泥沙淤积中推移质的运动规律上，结合现代推移质模拟技术，对现阶段河流推移质输移带研究进行概述。

关键词：推移质;输移带;综述

1 引言

卵石推移质的输移带在河道消落期对河床演变趋势有着较大的影响，且可能造成碍航。河段底部构成除局部有淤沙外，还是由卵石和基层岩石构。浅水河岸成和浅滩岸边大多是鹅卵石。本文对山区河流推移质输移带文献的总结研究，对其间卵石滩群段卵石运动规律进行系统性研究，确定河段卵石推移质碍航的位置﹑时刻以及输沙强度与水动力条件量化关系。

2 国内外发展动态及研究现状

2.1 山區河道推移质运动机理研究

在中国南部，无论是各个支流上，还是几大江系长江，澜沧江等的主要河流中，由于山区河流陡峭，洪水强烈，水位高，水流和泥沙的变化能力急剧变化。大多数床砂是砾石，鹅卵石，沙子，粒度粗大，层次分布宽。在水流作用下的巨大沙质部分沿床表面滑动并在床表面附近滚动或跳跃以形成地板载荷，是一种异质沉积物，转移具有与一般砂负荷不同的运输特性。

1879年DuBoys[1]最初提出了沉积床沉积物运移速率的公式，应该开始沉积物运移动力学的当代意义。作为独立学科的泥沙运输机制的研究始于20世纪初。吉尔伯特于1914年开创的水槽试验展示了现代沉积物动力学的开始。Ackres&White在1973年以下降砾石和沉积物起始条件，提出适用于具有大比重的砾石的合适的沉积物输送速率公式。具体而言，通过分析测量数据中的颗粒床和卵石床负荷运动的等值线函数之间的关系可以更好地反映平均输沙率与水和沉积因子之间的关系。聂瑞华等[2]对卵石载荷输送脉动试验的位置的测量数据进行了统计分析。实测数据表明，卵石沉积物运移过程具有明显的随机性。表征卵石荷载传递的脉动特征的特征值与采样周期密切相关。随着采样周期的增加，单位宽度脉动标准偏差，变异系数，无量纲脉动强度和卵石床每个差值的传质速度都是无量纲的。采用推移质数学模型分析实例获得航道卵石输移强度带以及冲淤变化过程，揭示库尾水沙变化过程对水动力、卵石滩槽演变的响应机制。

2.2 水库泥沙淤积研究

根据以前泥沙处理问题的研究，在上个世纪的60年代左右，当时中国的水库淤积计算方法还是采用三角洲淤积平衡坡降法。韩其为在先觉庙漂水水库淤积的研究成果表明，在消落期冲刷库尾河段卵石输移量沿程非线性增加强烈，形成了初步冲刷段、平衡段、强烈冲刷段和淤积段等4段，新塑造的地形极度不稳定，在河槽宽阔段，断面宽浅、深槽摆动、河势散乱。黄万里[3]认为三峡库尾由于水动力不足而将引起大量卵石淤积，航道堵死，库尾洪水位抬升，长江沿岸居民生活财产安全。刘德春分析了上个世纪末在昆坦站测量的卵石装载质量数据。因此，随着粒径的减小，粒径减小，起始流量增加，水沙关系发生显着变化。三峡水库泥沙输移特征变化的主要原因是河道采砂，节水防沙工程和土壤侵蚀控制。现有研究主要位于水库边缘推移质来沙量较大的情况下，出现的卵石河床再造的研究成果。而对三峡库尾河段卵石推移质来量较少的情况，目前的研究较少。

2.3 推移质模拟技术现状

目前为止，泥沙的理论模型和泥沙的数学物理分析等相关问题，国内外的研究进展与国外的研究相比较还是不完善。国外的优秀模型有如荷兰van Rijin模型、CCHE2D模型、丹麦MIKE21模型，在国内处于优势地位的有陆永军、周建军等所建立的水沙数值模型运用于模拟预测中。

发展始于1960年代，自1970年代以来逐渐成熟。从1980年代以来，Duan，Mosselan，Olsen，Ruther等国外教授通过二维和三维数值模型研究河流的历史演化机制。由于河流区域的特殊性，沉积物输送在总沉积物输送中的比例很高。对于大规模，即使在通过数学模拟获得水压系数后，也需要通过参考恒定流量变化质量方程来计算泥沙输送速率，并且可以通过河床变形方程获得河床变化。陆勇建立了一个二维数学模型来模拟质量的运动，同时考虑到河流转向引起的动量交换。沿河床宽度调整颗粒相互作用和砂层坡度。该实验与该模型很好地吻合。假冬冬、周刚等[4]等采用基于土力学理论的滩岸消长力学模式，模拟弯曲河道及分汊型河道形成及发展的过程，并量化分析洲滩演变的影响因素。肖毅[5]考虑到二维水动力模型计算的所有物理量都是沿垂直线，准确模拟曲线二次流对植被，二次流，粗砂等影响的影响。其提出的二维水沙模型综合考虑了河流演变过程中的许多关键因素。刘兴年、曹叔尤等[6]研究者通过研究宽级配卵石推移运动特性，构建了山区河流的泥沙模型CRS-1与CRS-2。需要强调，机理性方程关键参数包含运动机制控制因素影响强弱，针对不同类型的河流，已有力学方程的合理性值得斟酌。

3 结论

对不同条件的水流状态下的推移质输移研究是非常有研究意义的，对于不同公式，不同条件，不同理论基础下用不同手段求解都应该有一定的了解。采用推移质数学模型分析实例获得航道卵石输移强度带以及冲淤变化过程，对揭示库尾水沙变化过程对水动力、卵石滩槽演变的响应机制有重要作用。

但是在学科交融发展兴盛的如今，各种各样的途径都提供了相应的解决问题的思路，并且随着测量手段的进步，实验也会越来越精确。这一切都为工程多方面的完善创造了更加有利的条件。

参考文献

[1]DuBoys，P，Le Rhone et les les a lit affouillable，Annales des Ponts et Chaussees， Series5， Vol.18，1879， PP.141-195.

[2]聂锐华.卵石推移质输移脉动特性研究[J].四川大学学报（工程科学版），2014，（2）：30-31.

[3]黄万里.论长江三峡大坝修建的前提[J].华东交通大学学报，1986，（5）：35-37.

[4]假冬冬，邵学军.考虑河岸变形的三维水沙数值模拟研究[J].水科学进展，2009，（3）：35-37.

[5]肖毅.河型转化影响因素及河型判别准则研究[D].北京：清华大学，2013.

[6]刘兴年，曹叔尤，黄尔等.CRS-1河流泥沙数学模型设计及其验证[A].李义天主编.河流模拟理论与实践[C].武汉水利水电大学出版社，1998：91-96.

作者简介

张浩游（1995-），男，汉族，四川宜宾人，硕士在读，重庆交通大学，研究方向：航道整治与河道治理。