清水冲刷河床调整过程试验研究

清 冲 河 调 过 试 研 水 刷 床 整 程 验 究
乐培 九 ， 朱玉德 ， 小兵 ， 程 崔喜凤
（ 交通 部天 津水 运工 程科 学研 究所 工程 泥沙 交通 行业 重点 实验 室 ， 津 ３０ ５ ） 天 ０４ ６
摘 要： 通过沙质河床清 水冲刷水槽试 验 ， 对河床纵剖 面的调整 、 沙波尺度 、 粗化层厚度 及其与 沙波运动
关系 、 粗化层级配 、 推移质 级配等进 行了观测分析 ， 进一 步揭示 了清水冲刷 ， 河床重建平 衡的机理 。水 槽
试验表 明 ， 沙质河床清水 冲刷 ， 上游河段 比降调平 ， 床沙粗 化 ， 沙波发 育 ， 床阻力增 大 ， 河 水深增 大 ， 流速
减小 ， 导致河床供沙能力削弱 ， 沙能力降低 ， 输 冲刷 向不 冲刷转化 。 关键词 ： 清水冲刷 ； 纵剖 面 ； 床沙粗化 ； 沙平 衡 输 中图分类号 ：Ｖ １７ ５Ｔ ４ ． Ｔ ４ ．；Ｖ １９２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ —８４ （０７０ — ０ ３ ７ １ ５ ４３ ２０ ）１ ０ ２ —０ ０
冲积 河流修 建水 库后 ， 下来 水来 沙条 件发 生显 著 变化 ， 游河 床 发 生调 整 ， 新 建立 平 衡 。前 人 对此 坝 下 重 做过 不少 研究 ［一 。为 了进 一 步揭示 清水 冲刷 机理 ， 求 冲刷 深 度 的估算 方法 ， 寻 分别 在交通 部 天津水 运 工程 科 学 研究 所 长 ３ 宽 ０５ｍ水 槽 和 四川大 学长 ６ 宽 １ 的水 槽 中进 行 沙质 和 卵 石 夹沙 河 床 ， ８ｍ， ． ０ｍ， ｍ ４种级 配 和 ｌ 种 水 流条件 的清 水 冲刷试 验 ［ｌ 中重 点介 绍沙 质河 床调 整过 程 ， 整过 程 中输沙 率 的变 化以 及 冲刷 ８ ３。文 调 深度估算 将 另文介 绍 。
运行速度快慢不一致 ， 当上游运动较快 的沙纹追赶上下游运动较慢的沙纹时 ， 沙纹合并尺度增大。越过沙峰 的分 离水 流在下 一 沙纹迎 水 面约 １３处重 新 聚汇 ， ／ 冲击着 床 面 ， 里 的水 流紊 动 很强 ， 这 冲刷 最为 强烈 ， 冲起 的
泥沙 部分被 纵 向水 流带 向下游 ， 分被 回流 卷 回上一 沙波 的波谷 ， 使沙 纹 的尺 度增 大 。沙纹 出现 不久 床面 部 也 便 形成 大 小不等 的不 规则 的沙垅 ， 沙垅 的高 度 ２～ ｍ， ６ｅ 长度 ２ ０ ｍ。沙垅形 成后 床 面极不 规则 ， 面水 ０～１０ｅ 床 流极 不 稳定 ， 时长沙 波在 运行 过程 中发 生分 裂 ， 个 沙波 变成 两 个 ， 的波 峰下 游 水 流重 汇 点 发 生 强烈 冲 有 一 有 刷 ， 床被 冲刷成 深坑 。大 的沙垅运 行很 慢 ， 顶部 常 常出现 运 动速度 较快 的次 生小 沙纹 。在水 流 流速较 大 河 其
情况下水槽的两侧出现交错性边滩 ， 边滩长约 １０ｅ ， ０ 高约 ８ ｍ， ｍ 其上有较小的沙纹。随着河床进一步冲深 ， ｅ
水流 变弱 ， 床沙 粗化 ， 波 的尺度 转而 减小 ， 沙 沙波运 行 速度转 而 变慢 。
前 ６组 试验 沙波 很发 育 。第 １ 组 是 在第 １ —７ —６组基 础上 铲去 粗化 层 ， 原铺 沙 段 的上 、 游接 长铺 沙 在 下
１ 河床 过 程概 述
沙质河 床水 槽铺 沙厚 度较 大 ， 水初 期铺 沙段 为 准均 匀 流 ， 沙 段 首 、 放 铺 尾与 光 底 水槽 相 接 的斜 坡 （０倾 ３。 角 ） 为非 均匀流 。光底水 槽水 深 大 、 速小 、 能高 ， 段 流 位 首部斜 坡 段水 面 比降大 ， 底部 为倒 坡 ； 部斜 坡段 水面 尾
收 稿 日期 ：０６ ８ ８ 修 回 日期 ：０ ６ １ ８ ２０ —０ —２ ； ２０ —１ —０ 作 者 简 介 ： 培 九 （９７一） 男 ， 徽 省 人 ， 究 员 ， 事 泥 沙及 航 道 工 程 研 究 。 乐 １３ ， 安 研 从
Ｂｏ ｒｐ ｙ Ｙ Ｅ Ｐｉ ｉ（ ３ 一）ｍ ｌ， ｓａ ｈｆｌ ｉ ａ ｈ ： Ｕ ｅ—ｊ １ ７ ， ａ ｒ ｅｒ ｌｗ． ｇ ｕ ９ ｅ ｅ ｃ ｅｏ
为倒比降 ， 底部坡度大。前者为加速流 ， 后者为减速流。进 Ｉ无泥沙补给， ： ３ 试验开始后 ， 冲刷速率很 大， 河床 迅 速 冲深 ， 冲刷泥 沙部 分在 进 Ｉ段 的下游 堆积 ， 分被运 往更 下 游 ， ： ３ 部 沿程 出现 冲淤交替 状况 。随着 冲刷下 切 ，
进 １段河 床 出现倒 比降 ， 不断 向下 游推移 ， 流转 变 为非均 匀流 。 ： ３ 并 水 放水 初期 ， 面输 沙强 度很 大 ， 整床 面上 很快 出现较 规则 的沙纹 ， 纹 高约 １ｅ 长 约 １ ｍ 床 平 沙 ｍ、 ０ｅ 。沙 纹 的
段 ， ９ｍ加长 至 ｌ ． ｍ。试 验发 现 上 、 由 ５５ 下新 铺 沙段 出现 沙波 ， 原铺 沙 段 由 于沉积 时 间 长 ， 沙 密度 大 ， 而 床 沙 波不 发育 ， 游 沙波 传 至该 段便 逐 渐 消失 ， 在 水槽 中央 出现 一条 上 、 贯通 的沙埂 ， 上 但 下 沙埂 的 沙子较 细 ห้องสมุดไป่ตู้ １ 第
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第２ ８卷第 １ 期
２ ０ 年 ２ 月 ０７
水
道 港 口
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ． １２ １ Ｆ ｂ ｕｒ ｅ ｒ ａｙ， ２ ０ ０７
Ｊｕ ｏ ｍａ ｆＷ ａ ｅ ｗａ ｎ ａ ｂ ｒ ｌ ｔ ｒ ｙａ ｄ Ｈ ｒｏ ｏ
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水 道 港 口
一
第 ２ 卷第 １ ８ 期
９组 也有类 似情 况 。第 １ 、 —９组 由于水 流 弱 ， 沙粗 ， —８ １ 床 沙波 不 发 育 ， 部 河段 有 小 的沙 纹 ， 隐 时现 ， 局 时 沙 波 床面水 流极 不恒 定 ， 沙波 的尺 度大 小不 等 ， 大 时小 ， 行速 度 时快 时慢 ， 慢 不一 ， 时 运 快 以及 河段 在 时