山区河流河床形态与水沙变化下的水位响应机理研究

山区流域暴雨山洪、滑坡、泥石流等灾害频发,大量泥沙以不同方式进入河道,河床形态在极短时间内迅速调整。在宽窄相间河段水流输沙能力差异较大,展宽段常因挟沙能力的降低而淤高河床,致使水位陡增,引发洪水灾害。为探讨山区河流宽窄相间河段与泥沙补给变化下的水位变化致灾机理,以室内物理模型系列试验结果为依据,分析不同流量定床清水时河床形态参数与各水力参数的变化关系,以及泥沙补给变化对河床形态及水流参数的影响。试验表明：上游泥沙补给量及河床形态是影响水流流态、水位变化的重要因素;定床清水条件下,河宽与比降的局部急剧调整影响水流参数变化,水流对河床变化的响应具有滞后性;当上游有泥沙补给时,水深变化较清水来流明显;随着来沙量的增大,大量泥沙淤堵河道且呈现溯源淤积的趋势,并淤高河床;在淤积段顶端,水流发生水跃现象,水位陡增,甚至出现漫滩致灾。由此可见,上游来沙及水流挟沙能力的降低将引起河床不同程度的落淤,造成河床形态改变,特别是在宽窄相间河段泥沙易落淤,水位增幅较大,为洪灾泛滥区,应作为水沙灾害的重点防治区域。     

山区河流漂石阶梯阵列对水流结构影响的试验研究

漂石阶梯阵列是山区流域暴雨山洪过程常见河床形式,能显著影响水流结构,增大水流阻力和河床抗冲刷力,同时也制约着漂石河床演变过程。基于野外典型漂石河段调查,通过水槽试验,探讨了山区河流漂石阶梯阵列内的水动力特征。试验结果研究表明：不同的漂石阶梯行距对于水流流速及紊动强度影响明显,三向紊动强度大体呈现先增大后减小趋势,v及w方向紊动强度峰值点位置都位于0＜y/h≤0.2水深处,近底逆流在垂向及主流方向的作用范围分别为1D与2D（D为漂石粒径）,漂石下游的近底逆流作用范围与漂石粒径呈正相关。漂石阵列对近床湍流具有“均匀化”作用,试验资料表明随着漂石排列密度的增加从而显着降低了近底的湍流强度。     

山区河流形态对不同来沙过程的响应试验研究

山区流域突发性暴雨洪水常携带大量泥沙及石块进入河道,使河流形态急剧改变,引发局部区域水沙灾害。结合野外调查与室内物理模型试验,探讨了不同来水来沙条件对宽窄相间和比降骤变河段河床形态的影响,研究了泥沙落淤发展趋势及河床演变特征。结果表明:上游有泥沙补给时,泥沙在宽窄相间河段落淤,呈现溯源淤积现象,流量越小,泥沙淤积向上游发展的速度越快,铺床作用明显,堆床作用较弱;随流量增大,淤积锋面向上游发展速度减小,铺床作用减弱,堆床作用增强。下游河段泥沙落淤使得原有的局部河床抬高,纵比降减小,落淤趋势进一步发展扩大,泥沙输移与河流形态之间形成一种互馈机制,相互影响制约。