基于阻力原理的稳定河流几何形态判定方法研究

受上游来水来沙条件影响,自然河道通过自我冲淤调整,常形成稳定的几何形态。稳定河流几何形态设计在工程应用中十分重要,稳定断面有利于水沙输移,且避免河道冲淤平衡破坏发生。本文系统分析了达西水流阻力梯度沿程变化,表明阻力梯度主要作用于三方面:河道深度调整,河道宽度调整,河道坡降调整。若调整宽度与深度的概率为线性关系,可推导出稳定河流几何形态关系式。在泥沙输移作用下,总能坡可分解为两部分,清水对应能坡和泥沙运动产生的附加能坡,其中,清水对应能坡可采用清水河道达西阻力表达式计算,泥沙输移附加能坡,可利用实测资料推求。通过分析含有总坡降的河道几何形态表达式,指出未知函数与坡降的0.3次方呈线性关系,而指数则与参数关系明显,随着参数的增大而呈现减小的趋势。利用收集的野外实测数据确定了这些未知变量,并给出了相应的求解表达式,该表达式不仅适用于沙质河道,还适用于砾卵石河道。以大量野外实测数据与室内试验数据对比分析,本文提出的稳定河道几何关系计算方法具有很高的精度。