彎曲河道水流泥沙運(yùn)動(dòng)研究進(jìn)展

姚仕明，趙占超，渠 庚，莊靈光

(1.長(zhǎng)江科學(xué)院 湖北 武漢 430010；2.黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003；3.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400000)

0 引 言

彎曲河道廣泛分布于自然界的大小河流中，然而，不同曲率的彎道所引起的利害有差異。一般而言，適度彎曲的河道能順導(dǎo)水流，穩(wěn)定水勢(shì)，有利于防洪、航運(yùn)及岸線利用；過(guò)度彎曲的河道會(huì)使水流阻力增大，水勢(shì)多變，河勢(shì)不穩(wěn)，影響洪水宣泄與堤岸穩(wěn)定，不利航運(yùn)發(fā)展與岸線利用。開(kāi)展彎曲相關(guān)河道研究可為彎曲河道的治理、港口興建、引水防沙、改善航運(yùn)等方面提供重要的參考價(jià)值。而彎曲河道的形成、演變與其水沙運(yùn)動(dòng)、邊界條件密切相關(guān)。認(rèn)識(shí)彎曲河道水流與泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律是揭示彎曲河道形成機(jī)制與演變規(guī)律的基礎(chǔ)。關(guān)于彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)的研究由來(lái)已久，取得了大量的研究成果。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)的研究又有了新的進(jìn)展，進(jìn)一步提升了我們對(duì)彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。但考慮到自然界彎曲河道形態(tài)的多樣性、尺度的差異性及邊界條件的復(fù)雜性，天然彎曲河道的水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律仍有諸多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。因此，筆者系統(tǒng)概述了彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)的研究成果，指出研究存在的問(wèn)題，而這些問(wèn)題也是下一步研究工作應(yīng)當(dāng)予以考慮的方向。

1 彎道水流運(yùn)動(dòng)特性研究進(jìn)展

1.1 水面橫比降

當(dāng)水流由彎道進(jìn)口流至彎道出口時(shí)，受到彎道的作用，彎道凹岸水位有所提高，彎道凸岸水位有所降低，造成彎曲河道水面橫比降。以往學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究：劉煥芳[1]通過(guò)分析彎道斷面橫比降的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)彎道斷面橫比降的大小與斷面所處位置有關(guān)，并結(jié)合彎道中心角及彎道軸線半徑通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證得出全彎道水面橫比降分布公式；孫東坡等[2]、張紅武[3]基于立動(dòng)力平衡方程，假設(shè)彎道底部橫向摩阻力不存在，以彎道二元恒定流為例，推導(dǎo)出彎道水面橫比降分布公式；王平義等[4]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，彎曲河道凹岸凸岸流速分布存在差異，因此，不同區(qū)域水面橫比降存在差異，應(yīng)按彎道區(qū)域分布推導(dǎo)各區(qū)域水面橫比降；許光祥等[5]、童思陳等[6]認(rèn)為，彎道任一斷面橫比降與彎頂橫比降存在聯(lián)系，并通過(guò)概化模型試驗(yàn)研究不同彎道條件下彎頂位置橫比降變化，從而分析不同位置彎道橫比降的變化特性，并推導(dǎo)出彎道橫比降的分布公式。在天然彎曲河道和試驗(yàn)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn),不同位置彎曲河道水面橫比降存在差異，彎曲河道最大水面橫比降出現(xiàn)的位置與水位變化有關(guān)，水流動(dòng)量隨水位升高而變大，最大彎曲河道水面橫比降隨之增大。由此看來(lái)，天然彎曲河道中水面橫比降還受河道斷面及水沙過(guò)程的影響。在以往的研究當(dāng)中，對(duì)于河道斷面形狀及水沙過(guò)程的綜合影響考慮較少，在未來(lái)的彎道水面橫比降的研究中應(yīng)當(dāng)考慮以上兩個(gè)因素的影響。

1.2 水流縱向流速分布

彎道水流縱向垂線流速分布是彎道水流特性研究的重要內(nèi)容，是研究彎曲河道橫向環(huán)流、螺旋流、泥沙運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。以往學(xué)者采取河道原型資料觀測(cè)分析、數(shù)值模擬及理論分析、水槽及物理模型試驗(yàn)等研究方法，對(duì)彎曲河道水流運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了大量研究。如羅索夫斯基[7]推導(dǎo)出的縱向流速分布公式為后人研究提供了參考，由于忽略了水流的能量耗散，在粗糙和光滑床面其計(jì)算值和實(shí)測(cè)值偏差較明顯；劉煥芳[8]在考慮橫向流速對(duì)水流影響的前提下，基于彎道水流的連續(xù)方程和邊界條件推導(dǎo)出流速分布公式，隨著河道邊界條件沿程發(fā)生變化，該公式計(jì)算受到限制；王韋等[9]基于謝才公式和水面超高公式，分析矩形斷面彎道縱向流速分布特性，進(jìn)一步推導(dǎo)出彎曲河道縱向流速分布公式，該公式適用于彎道任一位置；M.N.ABHARI等[10]利用SSIIM數(shù)學(xué)模型及1個(gè)90°矩形斷面彎道水槽，對(duì)彎道水流的流態(tài)及縱向流速分布進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，彎曲河道產(chǎn)生的二次流對(duì)流速的分布產(chǎn)生影響，斷面最大流速位置從彎道進(jìn)口沿凸岸內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)，至彎道1/3處開(kāi)始向凹岸擺動(dòng)。彎曲河道橫向環(huán)流對(duì)彎道縱向流速分布存在影響，在以往研究中對(duì)此考慮較少。彎曲河道縱向流速分布公式的驗(yàn)證多采用室內(nèi)水槽試驗(yàn)，河道斷面多為矩形，天然河道斷面形態(tài)復(fù)雜且不斷變化，由此推導(dǎo)出的彎曲河道縱向流速分布公式在計(jì)算天然彎曲河道縱向流速分布時(shí)存在一定誤差。在未來(lái)研究中可采用類似天然彎道的斷面水槽試驗(yàn)，通過(guò)非線性模型考慮橫向環(huán)流的影響，運(yùn)用更多的天然實(shí)測(cè)資料進(jìn)行檢驗(yàn)，特別是隨著河道治理及大型水利工程興建后新的水沙條件下的實(shí)測(cè)資料檢驗(yàn)，以此來(lái)提高其推導(dǎo)公式的科學(xué)性。

1.3 彎道環(huán)流

在彎曲河道中，流體經(jīng)過(guò)彎道時(shí)存在橫向環(huán)流(圖1)。橫向環(huán)流指河道中“上層流體”流向凹岸，“下層流體”流向凸岸的運(yùn)動(dòng)特性。彎曲河道的橫向環(huán)流和縱向流速相互結(jié)合引起流體的螺旋運(yùn)動(dòng)。

圖1 彎道水流運(yùn)動(dòng)形態(tài)示意Fig.1 Schematic diagram of flow movement in curved channel

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)彎曲河道的環(huán)流運(yùn)動(dòng)開(kāi)展了大量研究工作,如波達(dá)夫公式[11]、Engelund公式[12]、Odgaard公式[13]、張耀先公式[14]。哈岸英等[15]基于羅素夫斯基試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)以往研究成果進(jìn)行了驗(yàn)證，研究發(fā)現(xiàn)，在近壁區(qū)，羅索夫斯基公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相比相差較大，計(jì)算精度難以滿足要求；Engelund公式在推導(dǎo)過(guò)程中考慮邊界條件與實(shí)際相差較大，致使公式與實(shí)際情況相比存在較大差異；Odgaard公式根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，采用“環(huán)流可近似為線性分布”的假設(shè)，在實(shí)際計(jì)算中，適用范圍較小；張耀先公式考慮了近壁區(qū)對(duì)數(shù)型公式的限制，但在粗糙床面，環(huán)流分布所受影響難以反映。隨著水沙條件改變，不少學(xué)者對(duì)已有公式進(jìn)行了改進(jìn)：如宋志堯[16]通過(guò)分析羅索夫斯基公式，假定近床處流速為零且河床底部不可滑動(dòng)，認(rèn)為水面橫比降為變量，推導(dǎo)出彎曲河道環(huán)流公式，該公式在實(shí)際應(yīng)用中在水流表層及底部計(jì)算結(jié)果存在誤差；1975年，N.I.MAKAVEYVEV[17]研究發(fā)現(xiàn)，在天然大尺度寬淺河流中，橫向環(huán)流作用較小，即在寬淺型河道中縱向水流的作用大于橫向環(huán)流；馬淼等[18]通過(guò)采用U型彎道，考慮在小寬深比條件下研究了彎道環(huán)流強(qiáng)度分布，并結(jié)合當(dāng)前研究得出，彎道最大環(huán)流強(qiáng)度出現(xiàn)在彎道彎曲度1/3處；E.C.D.JAMIESON等[19]利用室內(nèi)梯形斷面135°彎道水槽模型，研究了在彎道不同位置布置不同丁壩類型的倒鉤對(duì)彎道水流結(jié)構(gòu)的影響，研究表明，倒鉤的類型影響彎曲河道的環(huán)流結(jié)構(gòu)及二次流產(chǎn)生的位置，與傳統(tǒng)彎道相比，倒鉤可以改變水流結(jié)構(gòu)，改變水流對(duì)河岸沖刷及泥沙落淤的位置；M.VAGHEFI等[20]利用矩形斷面180°彎道水槽模型，分析了彎道最大流速分布特性，結(jié)果表明，最大流速出現(xiàn)在5%及95%h(水深)兩個(gè)位置，且近床及近水面最大流速沿彎道凸岸分布至彎道出口，向凹岸擺動(dòng)，該模型忽略了水槽斷面對(duì)水流結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)以往學(xué)者對(duì)于不同尺度彎曲河道的研究，筆者發(fā)現(xiàn)：彎道環(huán)流對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)影響的作用強(qiáng)度存在差異；在變化環(huán)境下，水體含沙量大幅度減少，彎道環(huán)流對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)的作用認(rèn)識(shí)尚不清晰。

2 彎曲河道泥沙運(yùn)動(dòng)特性研究進(jìn)展

2.1 懸移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)

彎曲河道懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)是影響河床演變的重要因素。在彎曲河道中存在橫向輸沙，由懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)造成的泥沙橫向輸移受懸移質(zhì)含沙量及橫向流速的分布特性影響。懸移質(zhì)泥沙通過(guò)彎道時(shí)受到橫向環(huán)流的影響。在河道底部，懸移質(zhì)泥沙由凹岸向凸岸運(yùn)動(dòng)，彎曲河道凸岸不斷淤積，凹岸不斷沖刷，出現(xiàn)“凹沖凸淤”的演變特性。李志威等[21]認(rèn)為，上下部橫向泥沙輸移的分界點(diǎn)為橫向流速為零的位置，并結(jié)合懸移質(zhì)含沙量公式及環(huán)流流速公式推導(dǎo)出彎曲河道橫向泥沙輸移公式，該公式反映了橫向輸沙的不平衡性及上部泥沙輸移小于下部泥沙輸移的特性；范小黎等[22]基于黃河寧蒙河段原型觀測(cè)資料，分析了彎曲河道懸移質(zhì)輸沙率及輸沙率公式的系數(shù)在天然彎曲河道中的影響因素，該研究為分析彎曲河道泥沙輸移提供了數(shù)據(jù)支撐；盧金友等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在河工模型中，彎曲河道懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)特性的影響因素主要為模型變率、彎道曲率半徑及寬深比，該研究提高了河工模型的精確性，豐富了河工模型模擬技術(shù)。天然彎道的水沙條件是不斷變化的，但總體輸沙條件相對(duì)平衡。基于此類輸沙相對(duì)平衡條件下的輸沙公式難以適應(yīng)非平衡輸沙條件，研究者們還需進(jìn)一步探索水沙和邊界條件變化下的彎曲河道挾沙力和橫向輸沙率公式的適應(yīng)條件。

2.2 推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)

研究推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用的研究方法多為運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象描述、運(yùn)動(dòng)機(jī)制分析、泥沙顆粒受力分析及原型和實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)，進(jìn)一步推導(dǎo)出推移質(zhì)泥沙的起動(dòng)和輸移公式并進(jìn)行驗(yàn)證。1984年，G.PARK[24]在分析以往學(xué)者研究推移質(zhì)輸沙率公式的基礎(chǔ)上，考慮彎曲河道橫向環(huán)流和水面橫比降的作用，建立了推移質(zhì)泥沙橫向輸移的通用方程，并認(rèn)為當(dāng)推移質(zhì)泥沙橫向輸沙率為零時(shí)，橫向力出現(xiàn)平衡；王洪楊等[25]基于下荊江河段原型觀測(cè)資料分析，發(fā)現(xiàn)彎曲河道推移質(zhì)泥沙的橫向輸移存在兩種方式，分別為異岸輸移和同岸輸移，且輸移分布呈帶狀；G.H.MATHES[26]、J.FRIEDKIN[27]在研究彎曲河道推移質(zhì)泥沙橫向輸移的兩種方式中，發(fā)現(xiàn)同岸輸移所占比例遠(yuǎn)大于異岸輸移；李志威等[28]系統(tǒng)總結(jié)了彎曲河道推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的同岸輸移大于異岸輸移、成帶性、形成橫向底坡及床沙橫向分選4個(gè)典型規(guī)律并歸納了以往學(xué)者推導(dǎo)的推移質(zhì)橫向輸沙強(qiáng)度公式，研究了推移質(zhì)泥沙橫向輸移強(qiáng)度的影響因素；姚仕明等[29]從力學(xué)角度出發(fā)，考慮彎曲河道橫向環(huán)流的作用，推導(dǎo)出彎曲河道推移質(zhì)泥沙的起動(dòng)流速公式，并發(fā)現(xiàn)泥沙起動(dòng)粒徑和泥沙輸移速率在相同條件下，凹岸大于順直河段；毛佩郁等[30]結(jié)合工程實(shí)測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)在其它因素相同時(shí)，彎曲河道沖深大于順直河道沖深，這也表明泥沙顆粒在彎道段更易起動(dòng)；韓其為等[31]對(duì)彎道邊壁泥沙起動(dòng)做了較深入的分析,建立了較清晰的物理圖形,考慮了5種力,并較全面地分析了各種力的作用,推導(dǎo)出了最一般條件下包括粗、細(xì)泥沙在河床上不同位置的起動(dòng)流速公式；X.K.WANG等[32]利用中心角為180°的矩形斷面U型水槽，在槽底鋪設(shè)中值粒徑為1.60 mm的材料模擬泥沙，對(duì)小寬深比(B/H)下彎道泥沙運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在剛性平面河床上凹岸水位始終高于凸岸水位，在鋪設(shè)材料的河床，這種現(xiàn)象減弱，彎道二次流在彎道上端呈增加趨勢(shì)，在彎道60°達(dá)到最大值，隨后呈減少趨勢(shì)發(fā)展，在彎道165°達(dá)到最小值，槽底材料在60°和165°位置的凸岸落淤最多，凹岸沖刷最多，該研究表明，彎曲河道二次流對(duì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，在二次流強(qiáng)度出現(xiàn)峰值的位置，泥沙顆粒在彎道的起動(dòng)和沉降受影響最大；M.VAGHEFI等[33]通過(guò)SSIIM數(shù)學(xué)模型，模擬了不同曲率下，在彎道凹岸設(shè)置T型丁壩工況下的泥沙運(yùn)動(dòng)特性，通過(guò)控制彎道半徑R與河道寬度B的值控制曲率變化，隨R/B增大，河道底沙在丁壩上游起動(dòng)，隨之在丁壩下游凸岸落淤，泥沙起動(dòng)量與落淤量與R/B的大小有關(guān)，該研究為彎曲河道設(shè)置丁壩后的泥沙運(yùn)動(dòng)特性提供了參考，但該模型采用的是90°單一規(guī)則彎道，與自然條件下彎曲河道存在差異。

由于缺乏充足的天然實(shí)測(cè)資料，且泥沙起動(dòng)難以觀測(cè)，以往學(xué)者對(duì)于推移質(zhì)泥沙輸移公式及泥沙起動(dòng)公式的推導(dǎo)多以理論分析和經(jīng)驗(yàn)為主，在實(shí)際應(yīng)用中適用性和概括性不強(qiáng)，對(duì)于彎曲河道泥沙顆粒起動(dòng)至今尚未得到一致性的認(rèn)識(shí)。以往學(xué)者對(duì)于推移質(zhì)輸沙的研究多為通過(guò)小尺度河流及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室研究，對(duì)于來(lái)沙減少條件下的大尺度河流的推移質(zhì)輸沙研究相對(duì)較少。三峽建庫(kù)后，壩下游來(lái)沙條件發(fā)生顯著變化，推移質(zhì)輸沙對(duì)河床演變影響增大。三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后，下游河段水沙關(guān)系發(fā)生變化，對(duì)于彎曲河段推移質(zhì)泥沙輸移及預(yù)報(bào)的研究較少，是未來(lái)學(xué)者應(yīng)該考慮的一個(gè)研究方向。

3 連續(xù)彎道水沙運(yùn)動(dòng)特性研究進(jìn)展

3.1 連續(xù)彎道水流運(yùn)動(dòng)特性

在以往的彎道水流研究中，多以采用一個(gè)彎道進(jìn)行研究，天然河道一般由多個(gè)彎道和過(guò)渡段組成，且相鄰彎道之間存在影響。因此，選擇連續(xù)彎道進(jìn)行研究更能掌握天然彎曲河流的水沙及演變特性。芮德繁[34]通過(guò)利用κ-ε模型結(jié)合VOF和Eulerian兩相流模型對(duì)連續(xù)彎道環(huán)流進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)水流在兩個(gè)相鄰彎道運(yùn)動(dòng)時(shí)，后彎道環(huán)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較前彎道弱，且方向相反，隨水流沿彎道運(yùn)動(dòng)，前彎道環(huán)流受后彎道環(huán)流托舉作用，后彎道底部環(huán)流逐漸增強(qiáng)至出口處與前彎段相當(dāng)；H.SUGIYAMA等[35]采用ASM模擬了復(fù)合彎曲河道中的湍流結(jié)構(gòu)，并與激光多普勒流速儀測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明，ASM模擬復(fù)合彎曲河流的湍流流動(dòng)精確度較高；H.JING等[36]通過(guò)利用RSM模擬復(fù)合彎曲河流中的湍流結(jié)構(gòu)，并對(duì)比分析不同工況條件下床面切應(yīng)力和彎道環(huán)流的變化特性，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果能夠精確反映實(shí)際變化特性，RSM能夠預(yù)測(cè)復(fù)雜的復(fù)合彎曲河流中的湍流運(yùn)動(dòng)；吳華莉等[37]采用正弦派生曲線生成的連續(xù)彎道進(jìn)行模型試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)縱向時(shí)均流速在不同區(qū)域分布特性不同且沿程和沿河寬不斷變化，凸岸處與凹岸處相比較大，最大流速點(diǎn)的位置在過(guò)渡段和彎道段不同。在邊界條件一致時(shí)，彎道橫向環(huán)流強(qiáng)度與來(lái)流量和水深密切相關(guān)：如胡旭躍等[38]通過(guò)數(shù)值分析探討了不同長(zhǎng)度的過(guò)渡段對(duì)連接連續(xù)彎曲河道后彎水流的影響，研究發(fā)現(xiàn)過(guò)渡段對(duì)前彎產(chǎn)生的剩余環(huán)流強(qiáng)度有消減作用，一定范圍內(nèi)，過(guò)渡段越長(zhǎng)，消減作用越明顯，當(dāng)過(guò)渡段超過(guò)某一定值時(shí)，前彎的剩余環(huán)流強(qiáng)度基本不會(huì)對(duì)后彎環(huán)流強(qiáng)度造成影響。在連續(xù)彎道中，確定彎道和中心角后，找出過(guò)渡段臨界值對(duì)航道整治具有重要實(shí)用價(jià)值：如D.TERMIN等[39]通過(guò)采用正弦派生曲線生成的3個(gè)110°連續(xù)矩形斷面水槽，研究了不同寬深比(B/H)下，彎道斷面橫向環(huán)流的運(yùn)動(dòng)特性，研究結(jié)果表明，隨B/H增大，最大螺旋強(qiáng)度向凹岸移動(dòng)；呂歲菊等[40]通過(guò)SIMPLEC算法模擬了黃河沙坡頭河段的三維水流流場(chǎng)，分析了天然連續(xù)彎道中的縱向、橫向流速分布；余明輝等[41]基于前人研究，通過(guò)實(shí)測(cè)資料分析，修正了大型水利工程修建后，下游彎曲河道水流動(dòng)力軸線彎曲半徑計(jì)算公式；覃蓮超等[42]在張植堂等[43]研究基礎(chǔ)上修正了彎曲河段水流動(dòng)力軸線彎曲半徑的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并建立了適合荊江河段的水流動(dòng)力軸線彎曲半徑公式。以往大多試驗(yàn)采取水槽、定床及數(shù)學(xué)模擬進(jìn)行研究，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性影響較大，下一步可采用動(dòng)床與原型觀測(cè)相結(jié)合的方法來(lái)提高試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。連續(xù)彎道由于曲率和彎角有限，橫向環(huán)流發(fā)展不充分，以往研究對(duì)此注意得較少。

3.2 連續(xù)彎道泥沙運(yùn)動(dòng)特性

以往研究單一彎道時(shí)略去了上下游河道形態(tài)的影響，對(duì)于反應(yīng)天然河道水沙特性的真實(shí)狀況具有一定的局限性。天然彎曲河道大多是由一系列的河灣組成，任一單獨(dú)河灣的水沙特性不僅與本身的形態(tài)和河床邊界有關(guān)，同時(shí)還受上下游彎道的影響。由于連續(xù)彎道泥沙運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，研究成果較少。在當(dāng)前的研究中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)彎道在橫向環(huán)流作用下存在泥沙橫向輸移，輸移方式為異岸輸移和同岸輸移；連續(xù)彎道推移質(zhì)泥沙輸移分布呈帶狀，根據(jù)泥沙顆粒粒徑的不同可分為3條沙帶，顆粒較大沙帶位于凸岸處，顆粒較細(xì)沙帶位于彎道中心線附近偏凹岸處，顆粒最細(xì)沙帶靠近凸岸邊緣；主輸沙帶輸沙量較大但占河寬比例較小且在彎道不同區(qū)域存在差異，主輸沙帶從彎道進(jìn)口凸岸位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至彎道彎頂位置稍下方斜穿到下一彎道凸岸重新開(kāi)始分選。景何仿等[44]基于黃河沙坡頭連續(xù)彎曲河道原型觀測(cè)資料分析，發(fā)現(xiàn)在彎曲河道一定區(qū)域內(nèi)，彎曲河道水流挾沙力受流速影響較大，一般呈正相關(guān)關(guān)系發(fā)展，為以后研究天然連續(xù)彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)提供了基礎(chǔ)；劉鵬飛等[45]基于2005年下荊江連續(xù)彎曲河道地形資料開(kāi)展推移質(zhì)泥沙輸移概化模型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)特性與彎道類型相關(guān)，不同彎道，推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)軌跡不同，連續(xù)彎曲河道過(guò)渡段的長(zhǎng)度和彎道曲率半徑的大小決定推移質(zhì)泥沙的輸移方式；周建銀[46]通過(guò)模型試驗(yàn)對(duì)細(xì)顆粒泥沙在連續(xù)彎道中輸移方式及連續(xù)彎道河床演變的分析方法開(kāi)展了研究，對(duì)邊界約束和絮凝的作用進(jìn)行了分析，進(jìn)一步提高了對(duì)天然連續(xù)彎道的水沙運(yùn)動(dòng)及河床演變的模擬技術(shù)及精確性。天然彎曲河道泥沙運(yùn)動(dòng)極其復(fù)雜，目前由于缺乏比較好的儀器設(shè)備監(jiān)測(cè)泥沙在河道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，目前的試驗(yàn)研究多停留在對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判斷，很少得出統(tǒng)一的規(guī)律。因此，對(duì)于大尺度的天然連續(xù)彎道的泥沙運(yùn)動(dòng)需要加強(qiáng)研究。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

通過(guò)系統(tǒng)梳理以往學(xué)者對(duì)彎道水沙運(yùn)動(dòng)的研究，發(fā)現(xiàn)以往學(xué)者在彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)的基本問(wèn)題研究有了長(zhǎng)足發(fā)展，例如彎道水面橫比降、縱向流速、彎道環(huán)流和泥沙運(yùn)動(dòng)特性等。但是鑒于泥沙問(wèn)題本身的復(fù)雜性，以往關(guān)于彎曲河道水沙特性的研究仍存在一些不足：如對(duì)連續(xù)彎道水沙運(yùn)動(dòng)的研究及試驗(yàn)成果的驗(yàn)證多采用水槽、定床及數(shù)值模擬試驗(yàn)，動(dòng)床及大尺度河流原型觀測(cè)數(shù)據(jù)較少，影響試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性；對(duì)彎曲河道細(xì)顆粒泥沙黏性問(wèn)題認(rèn)識(shí)尚不一致；彎道泥沙起動(dòng)流速公式多為半經(jīng)驗(yàn)半理論性質(zhì)；缺乏詳細(xì)可靠的實(shí)驗(yàn)資料(實(shí)驗(yàn)室及天然資料)給予充分驗(yàn)證；在連續(xù)彎道中推移質(zhì)和懸移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律尚不明確；目前的水沙數(shù)學(xué)模型難以很好地模擬彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)的三維性，實(shí)體模型中還不能做到充分的相似，實(shí)驗(yàn)方法還不夠完善。

為了更加全面的認(rèn)識(shí)彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)特性并較好解決存在的問(wèn)題，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究：加強(qiáng)大尺度天然彎曲河道的原型觀測(cè)與分析；系統(tǒng)開(kāi)展來(lái)沙減少條件下彎曲河道水沙運(yùn)動(dòng)特性研究；考慮河道底部的橫向與縱向變形對(duì)水沙運(yùn)動(dòng)特性的影響研究；改進(jìn)彎曲河道河流模擬方法與技術(shù)。