汶川地震重灾区河流修复的稳定性机理研究

汶川地震重灾区河流的稳定性问题，无论对于近期灾后重建，还是对今后相当长的历史时期的灾区可持续发展是最基本的前提，是河流修复的基础性条件。要确保汶川地震重灾区河流稳定，涉及对流域地质、地貌、山区河流泥沙运动、河床演变机理与河流修复机理的深入认识。采用河流动力学模型试验、野外调查，历史地震对河流稳定性的影响分析等三种方法结合的技术路线。模型试验的主要内容是：阶梯深潭结构的横向水力几何形态、以坡折点（尼克点）为稳定基础的纵向剖面形态、平面最佳稳定布局形式、不同河床颗粒级配等因素对阶梯深潭结构稳定性的对比。建立汶川地震重灾区河流修复中的河流稳定性历史模型；建立阶梯深潭稳定过程的物理图形；提出阶梯深潭稳定过程中纵剖面的计算方法和泥沙输移模式，确立冲刷量和冲刷强度的计算方法，建立汶川地震重灾区河流修复中的河流稳定性指标体系。项目成果将为山区河流动力学理论基础和灾后重建的河流修复工程项目提供科技支撑。

汶川地震重灾区河流的稳定性问题，无论对于近期灾后重建，还是对今后相当长的历史时期的灾区可持续发展是最基本的前提，是河流修复的基础性条件。本项目通过野外调查、模型试验、理论分析，开展了汶川地震重灾区河流修复的稳定性机理研究，取得以下主要研究成果：.（1）通过水槽模型试验，研究了考虑渗流情况下非粘性堰塞坝体的漫顶溃决侵蚀机理，分析了溃坝过程的同阶段水流条件及坝体侵蚀的相互关系，发现溃决洪峰过程与坝顶长度和入库流量相关；溃决流量变化与溃口展宽、下切速率相关，探讨斜坡泥沙起动这一机理解释堰塞坝溃决的试验现象。.（2）探讨了在恒定流条件下非均匀卵石床面的推移质运动变化过程特性，提出有效描述推移质输沙率的随机过程的分布函数，提出了分布函数中的参数与采样历时以及无量纲希尔兹切应力的关系式。. （3）探讨了清水冲刷与粗化层破坏过程中的最大推移质输沙率与水流强度的相关关系；揭示了粗化层破坏过程中的推移质输沙率峰值相应的无量纲输沙率强度的变化规律；采用梅叶-彼德公式相同的形式，得到了清水冲刷与粗化层破坏过程中的推移质输沙率相应的无量纲输沙率强度的关系式。.（4）基于历史模型研究方法，开展了四川历史地震与2008 年汶川地震诱发洪灾的比较研究，发现了四川河流具有山区河流下切的总体趋势。地震形成的大量次生地质灾害在造成河流破坏的同时，如果修复整治工程符合河道稳定原理，可以化河流灾害为河流新生，促进地震灾区河流向稳定的方向发展。地震堰塞坝具有的诱发洪水风险与稳定河道的双重趋势，关键在于判断和维护地震灾区堰塞湖的稳定性。.（5）利用Markov过程的交换强度公式导出了交换强度，在时间离散状态离散的单个泥沙颗粒的单步转移概率矩阵的基础上导出了时间连续状态离散的单个泥沙颗粒的单步状态转移概率矩阵；根据近底泥沙交换的随机-力学模式及输沙率概率分布，从理论上建立了非均匀沙任意粒级推移质输沙率的新公式。.（6）通过野外调查、水槽试验及水沙数学模型计算，揭示了山洪水沙共同作用引发的山洪泥沙灾害特征；提出在山洪泥沙作用下的洪水水位的计算方法；在深入研究山洪泥沙运动规律的基础上，开发了山洪灾害分析的水沙数值模拟技术和平台，成功实现了山洪泥沙运动过程的模拟。.其研究成果可以为汶川地震重灾区河流修复提供理论和技术支持，丰富和完善河流动力学的研究内容，实现河流修复研究在理论、概念与方法上的完善和更新。