因浅水动力学是一门新兴学科,在国际上还未有人从浅水动力学的角度去探讨泥沙运动中存在的问题,对浅水动力学问题引起的实验和模拟误差还没有好的修正方法,泥沙研究中的浅水动力学问题是一门新兴交叉学科。本课题拟探讨在在挟沙水流中的浅水动力学问题的机理及其应用。研究路线是先用绝对和相对稳定性理论分析河流中各部分流动的稳定性及可能的流态,从受浅水特性影响的紊流运动参数中确定出对泥沙运动影响较大的那部分,考查浅水特性对泥沙运动的直接影响,然后建立数值模型。并将分析大量的现场资料与数值计算结果比较,对有选择的重点参数范围内进行泥沙模型实验研究。
我国漫长的海岸线和广阔的河流滩涂的浅水带具有重要的综合开发价值,泥沙在该区域的淤积过程及形态对水流特性、生态环境等均具有重要影响。本项目采用试验方法研究了浅水区边墩下游的水流运动特性和泥沙淤积规律。在试验方法研究方面,建造的大型宽浅水槽设备完善,提出的采用绳索加糙的试验方法可使阻力系数的变化范围达到5倍以上。在清水试验成果方面,研究表明明渠阻力与水流强度和加糙绳距有关,绳距越密,阻力越大。S数与阻力系数成正比而与水深成反比。回流区长度与边墩的宽度成正比,并与阻力系数有关。同时得出了浅水明渠流动的当量粗糙度、阻力系数、S数和回流区长度等参数变化的规律,提出了各参数的回归计算公式,这些公式较完善地描述了浅水明渠流流动的规律性。在泥沙淤积试验成果方面,当水流强度较弱时,泥沙主要在主流与回流区的交界带淤积;中等流量时存在两个回流区的淤积;流量较大时泥沙主要在两个回流区内淤积。最后得出了泥沙基本淤积平衡时的统一规律性并提出了相应的计算公式泥沙的淤积厚度约为水深的0.3倍,不随阻力系数、S数或Re数而变化;泥沙淤积面积和淤积体积随水流阻力和S数的增加而加大,随Re数的加大而减小。