黃河下游高村-陶城鋪河段邊界阻力能耗與河床穩(wěn)定性分析

白玉川，李 巖，張金良，白 洋，冀自清

（1.天津大學(xué) 河流海岸工程泥沙研究所，天津 300072；2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003）

1 研究背景

河流是一個(gè)具有自我調(diào)整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，不同時(shí)期不同空間所展現(xiàn)的形態(tài)（蜿蜒、游蕩或順直）是河流本身為了適應(yīng)周邊環(huán)境變化進(jìn)行的多方面調(diào)整。河流行進(jìn)過程伴隨能量和物質(zhì)的輸入與輸出，不斷地進(jìn)行能量傳遞與轉(zhuǎn)換，沿程調(diào)整河床形態(tài)因子、水力因子、泥沙因子等，調(diào)整過程中能量耗散保持最小的趨向性[1]。

運(yùn)用能量耗散理論研究河流工程泥沙問題成為水利工程領(lǐng)域一個(gè)熱門研究方向，早期楊志達(dá)[2-3]提出的河流最小能耗率和張海燕[4-5]的最小河流功，認(rèn)為河流處于平衡態(tài)時(shí)河流能耗率或河流功將達(dá)到最小，并用以預(yù)測(cè)沖積河流在平衡狀態(tài)下的斷面形態(tài)。后來眾多學(xué)者運(yùn)用能耗理論從河流能量損失、挾沙水流能量轉(zhuǎn)換、河型演化等方面進(jìn)行較為深入的研究。龐炳東[6]用流體力學(xué)的動(dòng)能方程解釋了主槽內(nèi)能量損失的物理原因，描述了灘槽間動(dòng)量交換的物理圖形，并分析洪水漫灘對(duì)流場(chǎng)能量重分布的影響；舒安平等[7]基于兩相挾沙水流紊動(dòng)能量平衡方程，推導(dǎo)出紊動(dòng)能轉(zhuǎn)化率及泥沙懸浮效率系數(shù)，探討了紊動(dòng)能轉(zhuǎn)化率、泥沙懸浮效率系數(shù)和泥沙懸浮功等隨含沙濃度的變化規(guī)律。陳緒堅(jiān)等[8]提出了保持沖積河流穩(wěn)定的最小能耗率原理和公式，建立河道輸水輸沙優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；徐國(guó)賓等[9-10]則基于廣義流和廣義力推導(dǎo)出河流能耗率，并用于研究黃河下游河型變化與河道演變問題；……