跌坎溯源冲刷的影响因素与两种发展模式

作     者：杨飞 王远见 江恩慧 

作者机构：黄河水利委员会黄河水利科学研究院 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室 

出 版 物：《中国科学:技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))

年 卷 期：2024年第54卷第7期

页      面：1390-1398页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081502[工学-水力学及河流动力学] 

基　　金：国家“十四五”重点研发计划项目(编号:2021YFC3200400) 水利部重大科技项目(编号:SKR-2022021) 国家自然科学基金项目(批准号:52179066) 黄河水利科学研究院基本科研业务费专项(编号:HKY-JBYW-2022-12)和黄河水利科学研究院科技发展基金项目(编号:黄科发202111)资助 

主　　题：溯源冲刷 水库三角洲 衰减型跌坎 增强型跌坎 黏性沙 

摘      要：水位降至水库淤积三角洲顶点高程以下时,顶点处形成的跌坎溯源冲刷是动态的河流裂点.本文采用水沙动力学模型模拟室内水槽试验和实际大型水库中的跌坎溯源冲刷过程.水槽试验模拟结果能够较好地反演非黏性沙跌坎的快速衰减过程和黏性沙跌坎的持续稳定溯源冲刷过程.非黏性沙跌坎冲刷后河床坡度较大且大于上游顶坡,跌坎快速衰减.黏性沙跌坎中水流切应力超过临界起动切应力的部分才能产生冲刷,最大冲刷位置靠近跌坎底部,使得跌坎能够持续稳定存在.对于小浪底水库的淤积三角洲,黏性沙跌坎在2020年汛期低水位运行时呈现逐渐衰减的溯源冲刷过程,模型较为准确地模拟了该跌坎的位置变化与冲刷塑造的淤积纵剖面.实际大尺度黏性沙跌坎与水槽试验中非黏性沙跌坎的溯源冲刷过程更为接近.结合数值模拟算例可以确定跌坎存在两种溯源发展模式:衰减型跌坎和增强型跌坎.两者塑造的地形差异明显,增强型跌坎下游河床坡度比上游要缓,而衰减型跌坎相反.非黏性沙跌坎属于衰减型跌坎.跌坎高度、跌坎顶坡坡度、泥沙粒径、单宽流量等控制变量均存在阈值,使得跌坎在衰减型和增强型之间变化.