边滩漂石河流水沙输移及河床响应数值分析

摘要

山区流域地表松散破碎，在地震、暴雨等动力条件影响下其大量松散碎屑物质进入沟床，使得山区河流的泥沙补给条件发生突变。由于不同河段输沙能力差异明显，泥沙易在局部河段淤堵，河床剧烈调整，水位显著抬升，这给山区河流的水沙灾害防治造成巨大威胁。基于岷江支流白沙河与龙溪河局部河段的野外调查发现，在干支交汇段沿程边滩漂石结构突出、河道主槽冲刷强、边滩淤堵少。在此基础上，为了分析山区河道中边滩交错漂石结构对水沙运动及河床变形的影响，采用CFD-DEM（计算流体力学CFD，离散单元法DEM）耦合模型，针对不同边滩交错漂石结构下的输沙及河床响应过程开展模拟研究，重点分析了流量、沟道来沙量及边滩漂石结构对河道下游调沙减灾效果的影响。计算结果表明：山区河道中的边滩交错漂石能够有效改变泥沙颗粒运动轨迹，使得绝大部分颗粒从河道中央向下游输移，进而减少颗粒在河道两岸淤积；边滩交错漂石可以调节山区河流下游河段的来沙过程，控制来沙强度和来沙量，减少泥沙在保护河段落淤，进而有效降低河道的沿程水位。随着边滩漂石布设间距的减小、流量的降低及沟道内来沙质量的增大，边滩漂石对松散堆积体的固沙效果越好，对下游河道的削峰调沙及保护河段的防灾减灾作用越明显。

关键词

泥沙补给 / 水沙输移 / 河床变形 / 漂石 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金项目（52109087;52239006）; 福建省教育厅项目（JAT190309）; 东北电力大学博士科研启动基金（BSJXM–2021229）