冻融状态下游荡型河道河床实验研究

发布时间：2020-08-24 14:20

【摘要】：近年来,随着全球的气候的变化,导致河流径流泥沙以及冻土边界产生一系列的变化,进而影响河流形态的演变以及冲淤的变化,外部环境和不同径流来沙等内部因素对高寒地区河流演变趋势具有一定影响,因此研究冻融状态下的河流演变对河道的治理具有实际的理论意义与应用价值。本课题以长江源区游荡型河流为研究对象,采用自然模型与理论相结合的方法对游荡型河流冻融状态下演变与泥沙冲淤变化进行了研究,揭示冻土环境游荡河道在冻结以及融化过程中的演变规律。对游荡河流形成机理进行资料的整理,寻找适合游荡型河流形成的水沙条件。采用自然模型试验的研究方法对已成型的游荡型河流演变趋势分析。对游荡河道的冻结过程以及融化过程进行模拟分析,总结两过程的变化规律,发现在冻结河道的融化过程中伴随河岸边界以及河床底部的逐步融化,河流将逐渐重新出现游荡型河道特点,河流的游荡型强弱由河床融化程度所决定,同时河床融化程度与试验的放水时长来水量以及温度的升高有关。而冻结过程游荡型河道特点逐步消失,冻结过程中河床以及河岸条件逐步硬化,限制了河流的下切以及向两岸扩张速度,同时上游来水量的逐渐减小,使得河流演变进程逐渐减缓,当河流中部分水固结时,河流演变接近停滞状态。为解决河流冻结与融化过程中泥沙运动等问题对河流演变的影响,本文还进行了冻结状态下天然泥沙的起动试验,发现冻结泥沙在起动过程中水体流动会加快泥沙的融化速度,同时冻结泥沙在起动时泥沙颗粒粒径较细较均匀,且该过程中由于冰的存在,起动时出现延迟现象。该现象说明了来水量的增大导致河岸以及河床融化速度加快,同时也进一步说明了融化过程中来水量的增加对该过程中游荡河流活力具有促进作用。文章最后对融化以及冻结两过程进行分别进行了总结,概括了融化于冻结两过程中游荡河流的特性。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV147
【图文】：

将冻结状态与融化状态下的游荡型河道的演变规律进行对比分析，从河道演变以及关系各要素之间差异等方面指出冻结状态与融化状态下河流的变化差异，分析出现此象的原因。在玻璃水槽中进行冻结状态下的试验泥沙起动试验，将冰冻泥沙与天然未冻泥沙的动进行对比，对试验过程中泥沙融化速度，以及起动现象，起动规律等因素进行分，对冰冻泥沙起动进行规律总结，解决冻融状态下游荡河流演变过程中冰冻试验泥沙泥沙颗粒起动方面的问题。.3.2 技术路线本文采用自然模型的试验研究方法，试验前，根据查阅相关文献总结经验，在模型先行塑造出游荡型小河，然后进行相关试验研究。本文的技术路线如下图 1-1

河北工程大学硕士学位论文的基础上，改变外界的试验环境（可选取北方入冬温度下降时和入春温度升高时试验研究，可以大大增加试验的可靠性。.2 试验模型本文根据游荡型河流的特点进行了试验设计，试验因游荡型河道主槽来回摆动的所以模型应设计应有足够的摆动范围，模型选取长 15 米，宽 4 米的矩形池，结水量，模型宽度满足试验要求。试验过程中因来水量较小，因此模型采用更为精角堰进行测量模型的来水流量；试验段模型前段设置稳水池，以减少过堰水流波道的影响，保证水流平稳进入试验段；在模型的尾端设置沉沙池，防止大量泥沙库，造成模型来水含沙等不确定因素。详细的模型俯视构造图见图 2-1

图 2-1 游荡小河地形图Fig 3Atopographic map of wandering rivers图 2-1 为冻融试验前塑造游荡小河地形图，此地形为工况 1 初始地形，从地形图中看，该河床洲散乱、密布，支汊流较多，符合游荡河流河床基本特点。试验过程中以此地形为初始地形，试验过程中不进行地形恢复，前一个工况结束时地形作为下一工况开始时地形。（2） 试验过程试验分别对 6 个工况进行放水，天然河道冻结来水量减少，河道上游河岸被冻结，加之水流条件的变弱，导致下游的沙量减少甚至仅有少量泥沙颗粒在河床底部运动。加之模型选择的观测位置较稳水池有一段距离，此段距离内河床底部泥沙足以满足该水量泥沙含量，试验过程中水库中少量细颗粒泥沙被水泵带入试验模型中。考虑综上所述原因，试验过程中无额外泥沙投入。试验时对每个来水量结束时进行水位采集，同时进行流场的拍摄，顺水流方向在模型入口、8、12、16、20 断面以及出水口位置进行水样采集，并分析水体中含沙量以及特征粒径值变化情况。模型进出口以及各取水样位置处架设温度计，进行水体温度变化检

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本文编号：2802571