分汊河道沙洲冲淤实验及其临界水沙条件

Mid-channel bar as a morphological unit for anabranching channel is a key zone to the partition of flow and sediment, where the erosion-deposition processes are alternate phenomena depending on the incoming water-sediment and local topographic condition. Since undergoing water scour due to low suspended load concentration from the cascade-reservoirs built, fluvial processes and critical erosion-deposition condition of mid-channel bars along the downstream under the changing water-sediment condition, not only are becoming an important problem, and also have the necessity to understand the evolution of bars. This project focuses on the experimental and theoretical studies on one or several mid-channel bars by using a wide flume . We will experimentally study on slope effect of bar head zone influencing on bar head deposition and the flow-sediment partition, erosion processes of sandy and graveled bar under the incoming clean water and deposition processes under different sediment feeding rates. Accordingly, the theoretical models of bar erosion-deposition processes are built, moreover figuring out the critical flow-sediment condition of erosion-deposition transition. This project will promote understanding on the formation, development, and erosion-deposition dynamics of mid-channel bar, and can provide reference to regulation and control of anabranching channel for the middle and lower Yangtze River.

沙洲是分汊河道分水分沙的形态单元和关键区域，其冲淤过程受来水来沙和地形条件变化呈现冲淤交替。梯级水库建设引起清水下泄改变了下游分汊河道沙洲的自然冲淤过程，因此在水沙变化条件下沙洲冲淤过程和临界冲淤条件既是当前研究难题，也对认识沙洲和江心洲未来演变趋势具有必要性。本项目拟采用动床水槽实验与理论分析相结合，研究单个及多个沙洲洲头浅滩的坡度对洲头泥沙冲淤和分水分沙的影响，清水条件下沙质与卵石沙洲的冲刷过程和不同加沙条件下沙洲的淤积过程，相应地构建沙洲冲淤理论模型，以及确定冲淤转换的水流-泥沙临界条件。本项目的创新性研究工作开展有望促进对沙洲形成、发育与冲淤过程与演变规律的新认识，为长江中下游分汊河道治理提供科学支撑。

沙洲是分汊河道和辫状河道分水分沙的形态单元和关键区域，其冲淤过程受来水来沙和地形条件变化呈现冲淤交替。本项目采用概化动床水槽试验的方法，观测沙洲与边滩的形态变化，并研究清水冲刷情况下单级分汊和多级分汊河道沙洲的冲淤过程，分析流量变化对沙洲演变产生的作用，并结合不同植被覆盖情况，分析植被覆盖对多级分汊河道演变的影响。同时采用遥感解译和野外观测研究了长江源辫状河道的边滩形态变化和群体沙洲切割机制。主要结果包括: (1) 对连续分汊河道，沙洲与汊道形态变化存在流量区间。当流量在区间流量内时沙洲与汊道形态变化明显，其变化速率随流量的增大而增大。当流量在区间流量外时，沙洲形态变化速率受上游来水条件影响较小。(2) 沙洲洲头的侵蚀存在三种方式：顶端侵蚀、单侧侵蚀与双侧侵蚀。洲头冲刷方式受河道形态影响，其中顶端冲刷发生在所有类型分汊河道内，双侧侵蚀发生在单级分汊河道，单侧侵蚀发生在多级分汊河道。(3) 同一流量作用下，不同植被覆盖率的河段变化不同,有植被覆盖区域内，沙洲冲刷减弱，汊道展宽速率减缓。(4) 辫状河道中群体沙洲的水流切割形式以斜向切割为主，其次为横向切割，主要原因是洪水期水流发生漫滩冲刷，其冲刷及切割过程的发生具有不确定性，但是趋向于沿河道纵向方向的斜向切割更普遍．群体沙洲发生水流切割的主要机制在于相邻汊道之间存在水位差，致使水流漫滩后易于发生表面斜向冲刷和切割形成新汊道;局部河床存在横向坡降，导致水流加速运动冲刷一侧汊道，增加两侧汊道的水位差，致使漫滩水流易横向切割沙洲。本项目研究结果的意义在于促进了对沙洲形成、发育与冲淤过程与演变规律的认识，为长江中下游分汊河道治理和径流变化下辫状河道演变趋势预测提供有力的科学支撑。