河床多尺度调整过程中阻力效应变化研究

In the process of imbalance sediments transportation and riverreformation，the river resistance changes by multi scale adjustment of riverbed. Because of the resistance is a key parameter of river simulation system, at this time, the accurate judgment to the bed resistance changes will directly affect, or even determines the river simulation results. In case of this ancient and basic bed resistance problem, the field data and generalized model of different reaches will be used to analysis the law of river resistance changes in the process of bed erosion or deposition, and to study the response mechanism of resistance to multi-scale geometry change, such as bed sediment gradation, bed morphology and beach groove pattern. The form drag , river regime drag and bar drag were united into shape resistance caused by large-mesoscale turbulent source in bed resistance.Based on bed surface fractal dimension, which can measure large-mesoscale changes of river bed, the river bed surface shape resistance calculation method can be obtained; finally, combined with the former study of sand resistance, calculation method of total bed resistance can be put forward in the riverbed adjustment process. The results will further the research of bed form and river resistance, promoting subject intersection, and to solve the key problems of practical engineering, all above can promote subject development and guide the actual engineering calculation.

在不平衡输沙造床过程中，随着河床形态多尺度的冲淤调整，河道综合阻力也发生着相应的变化，由于阻力是河流模拟的一个关键参数，此时对河床阻力变化的准确判断将直接影响、甚至决定着河流模拟预测结果的精确性。针对河床阻力这一基础问题，采用实测资料分析和不同类型河段概化模型试验的方法，研究河床冲淤过程中综合阻力变化的一般规律，探索河床阻力对床沙级配、床面形态及滩槽格局等多尺度几何变化的响应机理；将河床阻力中由大中尺度紊动源引起的沙波阻力、河势阻力和成型淤积体阻力统一考虑为形状阻力，并利用河床表面分形维数可整体度量河床大中尺度变化的特点，研究得出基于床面分维度量的河床形状阻力计算方法；在此基础上，结合前人对肤面阻力的研究，最终提出河床冲淤过程中河床综合阻力变化的计算方法。研究成果将进一步深化床面形态和河道阻力的研究，促进学科交叉，并有利于河流模拟问题的解决，对学科发展和实际工程分别具有推动作用和指导意义。

河床阻力是河流动力学的传统问题之一，随着近年各大江大河来沙条件剧变，河床冲淤调整愈演愈烈，随着河床形态多尺度的冲淤调整，河道综合阻力也发生着相应的变化，已不可忽视。由于阻力是河流模拟的一个关键参数，此时对河床阻力变化的准确判断将直接影响、甚至决定着河流模拟预测结果的精确性。.按照资助计划书安排，本项目开展了河床多尺度冲淤过程中阻力效应有关研究。首先以长江三峡工程上下游河段为例，分析了河流淤积及冲刷过程中的阻力变化及其河床形态调整、粒径变化等之间的关系。然后开展了均匀沙质河床冲淤调整概化模型试验和砂卵石河床冲刷粗化概化模型试验，依据前者试验数据，利用河床表面分形维数可以度量河床形态大中尺度调整的特点，研究得到了基于床面分形度量的形状阻力计算方法；依据后者试验数据，通过床沙质量分形维数来度量床沙级配调整，并得到基于床沙质量分维的沙粒阻力计算方法。最后，根据河床综合阻力物理组成概念，将形状阻力与沙粒阻力进行合成，得到了河床多尺度冲淤调整过程中的河床综合阻力计算方法。.共发表标注资助论文19篇，其中SCI检索论文2篇、EI检索论文4篇、中文核心期刊4篇，申请专利7项、已获批发明专利3项、实用新型专利3项；登记软件著作权2项，参编专著1部，培养毕业研究生1名，在读1名。研究成果获全国优秀工程咨询成果奖一等奖1项、全国性学术会议优秀论文奖3项。成果对河流模拟中糙率参数的选取有直接帮助，有利于探索剧烈冲淤过程中河流冲淤及特征水位的变化预测。