长江中游调关莱家铺弯曲河段河床演变对水沙变化的响应机理研究

【摘要】：三峡水库的运行改变了出库的水沙条件,下游弯曲河道输沙与冲淤的相对平衡状态被打破,在严重次饱和含沙水流作用下,主河槽及深泓向凸岸侧移动,部分弯曲河道下段凸岸侧高滩持续崩退。通过实测资料收集、原型观测资料分析、数值模拟等手段,对研究河段河道演变特性及水沙运动特性进行了分析,对本河段河床演变对水沙变化的响应机理进行了研究,主要研究内容及成果概述如下:1.长江中游调关莱家铺弯曲河段的河道演变特征分析收集了本河段在三峡水库运行前后的河道水流与泥沙特性,分析在三峡水库运用后径流过程及输沙过程变化特点,根据实测资料分析水流动力轴线及含沙量分布沿程变化以及推移质输移特性,认为中水历时的增加导致主流流经凸岸的时间增长,以及上游来流的含沙量大幅度减小是导致凸岸冲刷的原因。2.调关莱家铺弯曲河道演变数学模型的建立在资料收集的基础上,建立了调关莱家铺弯曲河道的二维水沙数学模型,进行了水动力验证,计算得出的流速分布及水位与实测数据吻合较好,经后报检验验证能够较好模拟本河段冲淤趋势。3.水沙运动特性及河床演变对水沙变化的响应机理研究通过水动力数值模拟对比不同流量下各断面水流动力轴线的摆动幅度,认为水流条件的改变是导致水流动力轴线摆动的主要因素,河道曲率的大小影响水流动力轴线摆动对流量改变的响应。水沙数值模拟表明三峡运用后弯曲河道出现凸冲凹淤的现象是水沙共同作用的结果,选用了不同水沙因子计算对河道演变的相对贡献率,认为三峡水库出库泥沙的大幅减少是导致凸冲凹淤的关键因素。4.水沙条件变化情况下调关莱家铺弯曲河道的河床演变趋势预测对未来十年的冲淤演变情况进行了数值模拟,结果表明本河段在未来十年内总体将保持冲刷趋势,考虑由于三峡水库的作用,来沙量减少在未来很长一段时间内终将持续,受来水来沙条件改变的影响,调关弯道进口段凸岸边滩以及莱家铺弯顶附近凸岸边滩将在很长一段时间内持续受到冲刷。