河流泥沙研究

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1、摘要：河流泥沙研究包押i泥沙运动力学、河床演变学及以此为基础的河流模拟，是水利、地学及生态环境等学科的直要基础之一。近些年来各大流域中出现的篡种泥沙相关问邂，使泥沙研究扩展到区域及流域泥沙及工程及环境泥沙问题等方而。曲于河流泥沙研究的许多理论还有待完善，而江河治理开发实践中遇到的实际问题界常复杂，现有理论和方法还难以使所右问题得到闘満解决。因而，今后在继续深入研究泥沙基本理论的同时，应加强水沙变异条件下河床演变规律的研究，并从流域整体的侑度，扩展研究的时间尺度、空间尺度，分析泥沙输移的规律及其适:成的环境影响，探索水沙调控的理论与技术。关键词：河流泥沙研究进展发展趋势I河流泥沙研究的新进

2、展1.1区域泥沙输移规律与调控机理人们对于流域泥沙过程的干扰长时期内处于盲目无序的状态，其原因除了对口然的泥沙输移与地貌演化进程缺乏认识Z外，更重耍的是对人类活动対此造成的影响无法估计卩2】。随着生产力的提髙，人类对流域环境改逍能力日益增大。因此，一方面迫切需要理论指导以预测水沙输移规律改变后的各种效应，另一方面需要变片口干扰为主动调控，避免泥沙输移造成的灾害,我至变害为利。流域范围内大量水利工程的修遂，更是为人类对水沙输移的调控提供了可能性。因此，泥沙工作者的任务一方面是研究天然、人类干扰情况下的流域泥沙输移特性，预测由此引起的效应，另一方面是研究泥沙输移的调控理论和实现方法。针对流域

3、泥沙输移特性变化的研究在国内外纷纷展开，有的研究还同时提出了和应的调控对策。密西西比河各大支流和继开发导致中下游沙鼠输移特征发生变化，造成河漫滩、河口淤枳量减少，湿地而枳退缩，不同年代入海沙量來源组成比例也发生调整，美国学者等对此开展了系列研究国判，美国陆军工兵团还对此开展了调水试验：将浑水调往河口三角洲，利用泥沙维护河口淡水草本沼泽的稳定®。在国内的研究中，关于划江洞庭湖区洪水位变化与泥沙输移关系的探讨比较活跃，不同学者从洪灾加剧与泥沙淤积疑、淤积部位Z间的关系昭，江湖关系调整所导致的洪水虽在江湖Z间的甬新分配阳等方面开展了人虽分析,并提出了治理对策。黄河水沙异源，中游河口濮龙门区间的

4、务沙粗沙区是下游淤沙的主要來源，许名学者提出了在中游大盘修筑淤地坝的治理措施。针对黄河小浪底水库下游伊洛河、沁河与上游來水來沙在时间上的不协调，黄河水利委员会提出利用名个水库调水调沙，使不同來源的水沙组合成比较协调的关系，从而减少下游的淤积以上事实表明，国内外大河流域的治理理念不断进步，科技水平越来越高,流域开发过程中的水沙调控从被动、盲目变为积极、有序，该方面今后仍是泥沙研究的热点之一。1.2流域水沙模拟对水沙输移效应的准确模拟是探索水沙输移与河床变形作用机制、开展规律研究的爲要辅助工具，也是水沙调控的基础。在工程实践中，无论是以相似原理为基础的物理模型，还是以数理方程和数值方法为棊础

5、的数学模型，对于矩时期、小范围的水沙输移及河床变形模拟，都能取得满意的效果。然而，流域或区域水沙调控涉及更筋的是较人范围的水沙输移以及较长时间尺度的河床形态变化，为了在现冇技术条件下使模熨能够达到以上要求，必然要在几个方面做出持姝处理：为了满足实验或计算时间方面的需求，要对來水來沙过程进行概化；为了减少建模难度，必然要在保留原型主要特点的基础上对复杂的边界条件进行近似；为了克服人范潮难以輔体建模的缺点，一般是分区处理，乞区之间通过特殊方式进行连接。这些处理方式虽然可以降低建模的难度，但处理不当，却可能使模烈丧失与原型的柑似性，其模拟结果将失去童义。例如，长期的河床变形将对洪水位产牛明显影

6、响，但若为了缩短计算时间而对來水來沙过程进行简化，将使洪水过程对河床变形的彩响难以体现，从而彩响模拟结果的合理性：又如，相互联通的水系Z间水量分汇、沙量不断交换，若针对各区域分别建模必然将破坏丿京型的整体性，使其楷度遭受破坏。正是由于以上原因，冃前对洪水调度、水库调度的研究，往往定位于较短的时间段，从而可以在忽略河床变形彫响的询提下，使计舁紂到简化，但这也必然使模型丧失了长期预测的功能。除了模型口身的特点之外，为使模拟效果合理,必须耍竹人量的知识和经煽対莫中的各种讣算模式、参数进行检验和修正，这意味着典塑年选取是否合理，棊础数据库是否完备也是决定模拟效果的重要因素Z-O近些年来，国内外学

7、者不断改进计算方法和计算模式，在长河段冲淤模拟，蓄滞洪区洪水模拟等方面取得了进展卩"刑，区域Z间水沙交换模式不I析改进，计算速度、精度不断得到提高。然而，区域或流域的水沙模拟涉及水库淤积、水资源调度、河道水沙输移、河床调整等影方面内容，中间计算单元复杂，包抵水库、河道、河网、湖泊等等，很难用统一的方程或模式概括,如何克服*重时间、空间尺度造成的困难，同时保持模拟的粘度，是今后该方面应该垂点关注的问题。1.3交叉学科泥沙研究河流系统中