多沙河流高含沙洪水传播失稳机理研究

多沙河流高含沙洪水传播是一个复杂的非线性过程，近底高含沙流层流变特性变化产生的扰动以及洪水演进过程中受河床冲淤、洪水漫滩等综合因素的影响常导致洪水传播产生变异。本研究首先采用高含沙洪水主流层、停滞层分层模式，推导建立停滞层动力学方程，阐明高含沙水流不同含沙水体剪切运动导致流动失稳的物理机制；其次，建立特征耦合的两相流模型，基于双曲系统特征耦合分析，揭示停滞层特性变化对洪水传播扰动的传播规律；再次，推导建立综合河槽断面形态变化及滩槽阻力变化影响的全流量洪水波波系结构方程，通过非线性分析方法研究不同尺度、不同动力学特性及动因的动力波、运动波的传播特点及相互作用机理，揭示洪水变异产生条件下河槽断面形态调整尺度及阻力变化规律；最后，分析多沙河流高含沙洪水传播变异发生、存在的条件及演进规律。本研究不仅具有重要的科学意义，也有助于解决生产实际问题。

本课题旨在揭示多沙河流高含沙洪水传播失稳机理。以黄河宁蒙河段为典型，首先系统分析了黄河宁蒙河段水沙变化及河势演变规律；建立了多沙河流洪水传播速度公式，与以往研究相比，该公式考虑了河床纵向、横向变化及含沙量变化等关键要素；构建了多沙河流水沙运动耦合波动模型，通过基于特征理论的耦合分析，成功模拟了多沙河流高含沙洪水运动规律；构建了“牛顿-宾汉体双层模型”，提出异常高含沙洪水传播特征及临界条件；完成了巴彦高勒-三湖河口典型河段动床实体模型制作，开展了塌岸、坐弯等河床形态对洪水传播的影响。本课题通过理论分析及概化模型试验，有效揭示了多沙河流高含沙洪水传播的物理机制及失稳条件，对于黄河等多沙河流防洪安全具有重要的理论及实际意义。