植被条件下坡面薄层水流动力学特性试验研究

基于系列坡面流试验,研究了植被条件对坡面流水动力特性的影响。结果表明:相同流量与坡度条件下,由于柔韧植被的阻水作用,光面条件下的流速远大于柔韧植被作用的流速,随着植被刚度及密度的增加,坡面流流速、弗劳德数呈现递减趋势。由于植被阻水及水流混掺效应,Darcy-Weisbath阻力系数基本随雷诺数增大而增大,而一般研究认为阻力系数随雷诺数的增大而减小,由此表明,坡面阻力系数与雷诺数并不存在单调的递增或递减关系,而与坡面糙度单元组成存在较强的依赖关系。  

地震背景下的川江流域泥沙与河床演变问题研究进展

川江流域历史地震是影响川江流域沙量与河床演变的主要动力因素之一。“5·12”汶川大地震将进一步增加地震区流域的水土流失，改变川江流域的河流泥沙运动和河床演变趋势。汶川地震是龙门山断裂带有历史文献记录以来发生的最大地震灾害。地震诱发了大量的崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生地质灾害，在地表富集了大规模的松散堆积体。地震严重损坏了近20年来建设的水土保持设施，加剧了水土流失,较大地改变了流域坡面侵蚀条件和河流泥沙来源。综述了若干关键科学技术问题，包括地震与流域产沙,川江流域的泥沙量,地震与川江水系河床演变,地震次生灾害后的河流修复。并建议加强水利工程科学、地质科学和环境生态科学的交叉融合，开展震区河流灾后修复理论和关键技术的研究。  

唐家山堰塞湖下游河床泥沙起动流速研究

唐家山堰塞湖下游河床泥沙起动流速研究  

水库冲刷漏斗试验研究

探讨了特定河道条件(近坝段地形狭窄)下的水库冲刷漏斗形态问题。通过对宝石水库冲刷漏斗的试验分析认为，在边界条件限制下，冲刷漏斗将呈现二维结构，淤积三角洲基本向坝前平行推进。随水库运行排沙水位的抬高，水库淤积增多，三角洲洲面高程增大，但底孔冲刷漏斗形态、位置基本不变，同流量下淤积上升过程形成的淤积体高程较水位回降时形成的淤积体高程低。相同排沙水位情况下，出库流量越大，淤积高程越低。通过与其它水库冲刷漏斗试验及原型观测资料的比较，确定了宝石电站水库冲刷漏斗纵坡等形态参数，得出了一些对多沙河流水库调度有一定参考价值的普遍性结论。  

不同人工植被分布条件下坡面水流动力学特性试验研究

基于一系列坡面流试验研究了人工植被条件下的坡面水流动力特性，即水深、流速、弗劳德数、雷诺数及阻力系数随不同植被分布条件、流量和坡度的变化规律。试验包括11°、13°、15°和18°等4种坡度，单宽流量为0.64-5.5L/s.m。试验结果表明，水动力学参数受植被分布影响显著，植被的阻水减速效果明显，阻力系数f随坡度以及弗劳德数增大而降低，阻力系数与雷诺数基本上呈幂函数负相关，随着坡度的增加，其相关性减弱。通过引入植被分布特征角及坡面水流参数，建立了植被坡面水流阻力达西系数计算方法。  

山区河流浅水条件下漂石对河床响应与泥沙补给影响的试验研究

受暴雨洪水与滑坡、泥石流灾害的影响，山区河流床沙多为宽级配卵砾石泥沙，甚至出现较多的漂石，从而影响近底水流结构与推移质输移特性。基于野外漂石河流的调查，通过概化试验，探讨了漂石颗粒对河床冲淤的影响；对比分析了不同水沙条件下漂石对推移质输沙率过程的影响；根据床面粗化程度与漂石状态相异的两种类型对比试验，探讨了漂石对不同水沙条件下推移质输沙率的影响程度。初步表明：随着漂石颗粒相对暴露度（D/h，漂石等效粒径与平均水深之比）的减少，漂石对其尾部区域水流的混掺越加突出，从而对河床的冲刷能力变大；根据本试验采用的水沙参数，漂石对推移质输沙率的扩大效应为几倍至十几倍。  

近底水流结构对非均匀沙起动影响的研究

通过考虑水流结构的改变，研究了非均匀沙的起动。由于非均匀泥沙的存在，影响水流近底结构，改变底部水流对泥沙颗粒的作用。基于泥沙颗粒中在小范围对水流结构有影响的假定，推导了以粒径为参变量的水流流速公式。并以该流速公式为基础，按照颗粒极限平衡的受力得出了非均匀沙的起动公式，经过用实验资料的验证，公式在大部分粒径范围内与实际值比较吻合。  

泥沙补给变化下山区河流河床适应性调整与突变响应

针对泥沙运动力学经典理论体系与天然山区河流推移质运动存在显著差异的若干基本问题，开展山区流域沙量补给条件变化下，山区河流河床调整与突变响应机理研究。揭示了泥沙补给条件对非均匀卵石起动、输移的影响特征和卵石沙量补给与山区河流沙波形成、碍航机理；探索了泥沙补给变化下陡坡河道水沙运动奇异特征和宽窄相间漫滩复式航槽河床突变响应现象。采用水沙错峰、水沙分离等集结降阶技术手段调控洪峰时段成灾河段卵石沙量补给条件，是山洪泥沙灾害致灾风险降阶防控的核心。  

山区松散排列泥沙床面河流阻力特性研究

河道阻力决定了河流流速与挟带泥沙的能力。然而与普通河流不同，山区河流的河道阻力比较复杂，床面泥沙排列密度对于河道阻力影响明显。试验资料表明，在低泥沙排列密度时，河道阻力随着排列密度的增大而增大，当达到最大值后，随着排列密度的增大呈现减小的趋势。利用程年生植被糙率尺度的概念，建立了适用于含有松散排列泥沙床面情形的糙率尺度。通过试验数据，确定了糙率尺度表达式中的待定参数，在f-r/k_v图上，建立的泥沙颗粒糙率尺度可以使所有的数据点归结到一条曲线上。最后，建立了适用于松散排列泥沙床面河道的达西阻力系数表达式。对于天然河流，本文建立的达西阻力表达式仍然具有较高的计算精度。  

卵石河床清水冲刷粗化层破坏临界条件试验研究

针对山区卵石河道普遍存在的床面粗化层现象,进行了水流强度连续小幅增大的清水冲刷粗化层破坏试验研究,旨在探讨粗化层破坏与水流强度之间的临界关系.试验结果表明,水流强度的增大并不一定能破坏床面粗化层,只有当水流强度增大到一定程度时,粗化层才会破坏.对于本系列试验所用泥沙,只有床面切应力大于初始粗化床面切应力的1.2倍,粗化层才会破坏.粗化层床面结构对粗化床面切应力有着重要的影响.