永定新河清淤问题研究

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1、第一章概述到波流场中泥沙运动的研究中来‘1“q。由于波运动存在着流速和压力的同期性振荡，泥沙颗粒和惯性作用，相对显著起来，其运动不再仅依赖于水沙运动的状态，而更主要的是与水沙运动的过程有关。悬沙底沙的交换机理，也即近底部泥沙的沉降通量Dn和上扬通量勘的描述，是泥沙运动力学最重要的基本问题之一，是泥沙模型的重要基础。窦国仁，韩其为Wz-22]进行了系统的研究。1．1．4泥沙沉降泥沙沉速是标志泥沙运动特征的一个重要物理量，影响泥沙沉速的因素很多，如：颗粒的形状、比重、液体含盐度、含沙量、湍流强度、液

2、体的物理化学特性、温度等等。研究泥沙沉降运动应区分两种不同的形式：单颗粒沉降和群体沉降。对于单颗粒沉降，可将泥沙视为球体，通过重力和阻力的平衡关系推出沉速公式。河口区泥沙的粒径很细，受盐水环境、水体和泥沙本身的电化学性质及吸附作用等的影响，泥沙极易絮凝成团，其沉降运动不再具有单颗粒沉降的规律，而是聚集成团，整体沉降。1．1．5泥沙输运模型泥沙输运模型可分为：单相流体模型和水沙两相流模型，工程应用中以单相流模型为主。单相流模型中，悬移质运动由被动标量的对流扩散方程描述。求解泥沙输运模型的关键在于如

3、何确定近底泥沙边界条件。关于泥沙近底条件的提法还没有公认的模式，但归纳起来可分为以下几种。1、平衡输沙模式这是最简单的泥沙输运模式，只有在严格的恒定均匀流条件下才可成立。在该模式的严格假定下，底床处于不冲不淤的动态平衡状态，近底泥沙的上扬通量和沉降通量相等。同时，泥沙浓度剖面不随时间、空间变化，近底泥沙浓度为一不变量，称之为平衡近底含沙量。2、恒定非平衡输沙模式在恒定水流条件下，如果泥沙的来源不足，如底床不可冲刷或上游来清水等，或者上游来水含沙量过高，则平衡输沙将被打破，含沙量沿程变化。近底泥沙

4、净通量为零，即平衡输沙的条件。第一章概述3、非恒定非平衡输沙非恒定非平衡输沙是自然界中普遍存在的真实的泥沙输运模式。现有泥沙运动的理论对此种模式近底边界条件还无法准确描述，只能作某些近似的处理【23~24】。ParthmtiadesE．(1965)瞄1区分床面临界起动剪切力和临界沉降剪切力的概念，认为当床面剪切力t超过临界起动剪切力时，床面泥沙被冲起；当床面剪切力t小于临界沉降剪切力时，泥沙将沉降到床面：当-g介于临界沉降剪切力和临界起动剪切力之间时，床面处于不冲不淤的动态平衡状态。1．1．6我

5、国泥沙研究趋势1、泥沙理论和模型检验泥沙理论和计算方法主要是在实验室简化条件下发展起来的，根据这些理论建立了数学模型和实体模型，原型验证的资料很有限。一个重要的问题是我们现今的泥沙研究水平和预测方法究竟有多可靠。三峡工程是中国泥沙最为集中的应用研究项目，大量的观测资料将检验现有的泥沙理论和研究方法，大大推动泥沙科学的发展[26]。2、非恒定流输沙目前采用的河流泥沙动力学公式都在恒定条件下得出来的。但自然条件下，泥沙都是在非恒定流中输送的。随着人们认识的深化和应用领域的拓宽，这个矛盾愈来愈突出，必

6、须建立非恒定流输沙理论。口7。2目3、环境泥沙学影响水环境的物理、化学和生物过程都受到泥沙的决定性作用。吸附在泥沙表面的重金属、有毒物质、营养物质随泥沙迁移，而又随时可能泽放出来造成污染。垂洲]需要研究确定对环境影响大的泥质指标，如泥沙耗氧量，重金属吸附量，营养物质含量等，发现泥沙与水体之间营养物质和溶解氧的交换规律。国外学者在环境泥沙学研究方面已经作了很多工作，他们提出了各种计算水体与底泥营养物f氨、氮、磷、硅、溶解氧)及重余属(钙、镁、铁和镉)的交换通量模型跚。例如模拟泥沙耗氧量从氧平衡反应

7、出发，考虑底泥中硫、甲烷和溶解氧对底栖生物的作用，将有机物分成三个反应等级，以模拟有机物矿化的不同的时间尺度。这些模型仍然是很初步的，但随着科学发展和人类对环境健康的要求，环境泥沙学将很快发展起来。第一章概述4、生态泥沙学泥沙运动对河道生态环境、河口三角洲和湿地的消长极为重要。美国曾利用水库人造洪峰输沙为多种生物种群创造栖．皂地。湿地的N成-xN消失直接决定于泥沙的冲淤，泥沙在湖泊海岸带泻湖口的淤积和冲刷可以改变生物栖息地的生存条件。湿地和河边生态环境的生态．泥沙模型是一个重要的研究方向。[30

8、-321人类干扰可将系统从一个状态改变到另一个状态，所要施加的应力决定于离目标状态的距离和流域的植被一侵蚀动力学参数。应用这一成果可以预测植被发育过程，回答多久和多大治理强度才能达到山川秀美。5、经济泥沙学泥沙在不同的地方有不同的价值，淤积在水库里造成库容损失，而在河口造陆自魄0造经济效益。钱正英在1988年就提出了黄河泥沙资源化问题p31。定义泥沙增值量为泥沙运动造成的所有经济价值的变化之和。1996年黄河河口段人工改道汊河，使泥沙淤积将海上油田改变成陆上油田，也产生很高的泥沙增值量。泥沙的运