蜿蜒河流演變動力過程的研究.pdf

1、作為構(gòu)成蜿蜒河流的基本要素，形狀規(guī)則而又極其相似的河彎形態(tài)蘊(yùn)涵著深層次的動力機(jī)制。蜿蜒河流的河彎隨時間變化而不斷地蠕動、迂回和遷移，這種運(yùn)動稱為河彎動力過程或蜿蜒河流演變動力過程。河彎動力過程的研究對河流開發(fā)與治理工程、跨河橋梁及沿河交通設(shè)施的選址、油氣資源勘探以及河流生態(tài)修復(fù)等均有著重要意義。本文從水動力學(xué)、河流動力學(xué)以及地貌動力學(xué)的角度對沖積性蜿蜒河流河彎問題進(jìn)行多角度、交叉學(xué)科研究。 ⑴對自然界中大型蜿蜒河流的平面形態(tài)進(jìn)行

2、多尺度分析和幾何分形分析，建立了對河彎形態(tài)識別、概化以及特征量統(tǒng)計(jì)分析的方法。分析結(jié)果表明，與彎曲度參數(shù)相比，分形維數(shù)能夠更好地描述大型河流平面形態(tài)的蜿蜒性和不規(guī)則性，河流平面形態(tài)小尺度的分形維數(shù)主要反映河彎的發(fā)育情況，而大尺度的分形特征則反映流域地形的不規(guī)則性。 ⑵建立了模擬明渠水流運(yùn)動的三維數(shù)學(xué)模型，研究了彎曲度、水深、河寬、床面形態(tài)等因素對彎道水流運(yùn)動特性的影響；對彎道水流運(yùn)動各特征量進(jìn)行量級分析，為基本方程向二維和一維簡

3、化提供了理論依據(jù)。數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果表明，自然河流河彎中的主流、二次環(huán)流和流速重分布特征是與自然河彎的特殊幾何形態(tài)特征、水深條件緊密相連的，水深越小則流速沿橫向的重分布越為顯著；河寬越小則水流動力軸線在凹岸的項(xiàng)沖點(diǎn)越為提前。 ⑶建立了彎曲河道中非恒定水流運(yùn)動的平面二維數(shù)學(xué)模型，基于河彎水流運(yùn)動的線性理論以及地形沉積的概念模型建立了河彎運(yùn)動和地形沉積發(fā)展的耦合數(shù)學(xué)模型，模型中對傳統(tǒng)的線性河岸侵蝕模式進(jìn)行改進(jìn)，建立了非線性的河岸侵蝕模型。