荆江河段平滩面积对水沙条件变化的滞后响应研究

发布时间：2019-09-29 03:31

【摘要】：冲积性河流河床调整规律是河床演变学的重要研究内容。在挟沙水流与河床边界的交互作用下，冲积河流河床会发生自适应性调整，由于河床的冲淤需要一个时间过程，河床演变一般滞后于来水来沙条件的变化，滞后响应是河床调整过程中的一种普遍现象。多年来，水利科技工作者对于长江中下游河道横断面形态调整开展了大量的研究工作。但总体看来，以往研究大多侧重于河道的平衡状态，如造床流量与河相关系等，对于河床演变过程中的滞后现象认识不够，难以准确把握横断面形态的调整规律。因此，对于往往处于不平衡状态下的天然河流，研究其滞后响应现象对河床横断面调整的影响十分必要。本论文选取了荆江河段枝城站、沙市站、监利站和城陵矶站作为研究对象，基于吴保生提出的滞后响应理论以及李凌云通过一维河床冲淤变形和不平衡输沙方程推导出的冲积河流滞后响应模型的基本方程，，选定平滩面积作为反映河床调整的参数，通过分析河道平滩面积调整的滞后响应过程与特点，探讨其响应调整规律，并最终拟合出了适用于荆江河段的滞后响应模型。本研究不仅为研究长江中下游河床演变提供新的思路和方法，也对揭示河床演变的滞后响应过程具有重要的学术意义，对于丰富和发展河床演变学的有关内容、完善现有水动力学数学模型也具有重大的学术价值。本文的结论主要有以下几点： (1)荆江河段处于长江中游，其水量丰富，年径流量大，但水流含沙量较小，其水流输沙量远小于黄河。荆江河段内的径流、泥沙表现出水多沙多、水少沙少的特点，年际变化基本同步的规律，水沙条件变化主要源于上游水利枢纽的建立。 (2)通过选用平滩面积参数分析河床形态对水沙条件的响应。分析表明，河段的前期来水来沙条件对当前平滩面积调整的影响真实存在，平滩面积的滞后响应现象在荆江河段得到了验证。 (3)由于荆江河段水沙条件和河床边界条件的特点，其调整规律有别于黄河流域，直接套用原滞后响应模型计算，其精度不高，因此需对模型加以改进。通过对比未改进和改进后的平滩面积模型的计算成果可知，改进后的模型更能符合实测的调整过程，其模型计算值与实测值的相关度R2也显著提高：沙市站的R2由0.46提高到0.54，计算成果由低度相关提高为显著相关；监利站的R2由0.11提高到0.6计算成果由不相关提高为显著相关；城陵矶站的R2为0.34，计算成果属于低度相关。 (4)通过改进李凌云推导出的冲积河流滞后响应方程式，本文得到了适用于荆江河段各站的滞后响应模型计算方程，并对各测站平滩面积的调整做出了预测。
【图文】：

沙市,水位,平滩,流量

图 5-26 沙市站水位 Z-流量 Q 关系曲线图应用改进后的滞后响应方程式计算： = π min π 6π 16(式可知在多年平均水沙条件作用下平滩面积的调整过程如下图 5-27 所示看出，在该水沙条件作用下，河道的均衡平滩面积为 19300-20400m21400015000160001700018000190002000021000平滩面积(m2)实测值计算值

监利,水位流量关系,平滩水位

2003 年、2005 年、2008 年以及 2009 年监利站水位流量关系得出平滩水位应的流量。如图 5-28 所示，当监利站断面平滩水位为 30.0m 时，对应流量为 12000-16000m3/s。(a)七里山出流流量为 5000m3/s
【学位授予单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV147

【参考文献】