階梯-深潭系統(tǒng)是山區(qū)河流在水力作用下自我調(diào)節(jié)形成的地貌單元,具有穩(wěn)定河床和生態(tài)友好的特點,可高效用于山區(qū)河流下切控制及生態(tài)修復(fù)工程。不過階梯-深潭系統(tǒng)會在重現(xiàn)期30-50年的洪水中失穩(wěn)破壞�，F(xiàn)有研究尚未揭示階梯-深潭系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理,無法為量化建模及工程應(yīng)用提供科學(xué)支持。本文通過水槽試驗,觀測清水沖刷過程中階梯-深潭系統(tǒng)的地形流場變化和失穩(wěn)破壞細(xì)節(jié)。通過持續(xù)增加流量（CIFR）試驗探究階梯-深潭系統(tǒng)對水流的適應(yīng)性。通過恒定流量（CFR）試驗監(jiān)測階梯和深潭的地形變化并揭示階梯-深潭破壞機(jī)理。最后在階梯關(guān)鍵石塊受力分析基礎(chǔ)上,建立階梯-深潭系統(tǒng)穩(wěn)定性理論模型。試驗結(jié)果表明:在允許深潭沖刷自由發(fā)展條件下,流經(jīng)階梯-深潭系統(tǒng)水流保持沖擊射流,階梯坡腳漩渦持續(xù)沖刷細(xì)顆粒,坡腳下游深潭區(qū)域床面粗化。隨著深潭沖刷發(fā)展,階梯-深潭系統(tǒng)消能率提高,使流出階梯-深潭系統(tǒng)的水流流速并不隨流量增大明顯提高,表明階梯-深潭系統(tǒng)對水力條件變化具有良好的適應(yīng)性。深潭深度隨流量增大線性增加,在階梯破壞開始出現(xiàn)后基本停止變化。深潭沖刷程度隨流量變化速率提高而降低。CIFR試驗中階梯-深潭系統(tǒng)破壞的流量閾值比CFR試驗高約2... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

自然階梯-深潭系統(tǒng)：（a）怒江（云南段）支流；（b）云南小江支流深溝

梯-深潭系統(tǒng)參數(shù)示意圖：（a）沒有踏板結(jié)構(gòu)（tread）發(fā)育的）有踏板結(jié)構(gòu)（tread）發(fā)育的階梯-深潭系統(tǒng)（改自 Church and Zim圖中 H 為深潭深度，S 為河段坡降，L 為相鄰階梯間距，h 為階水面差粒徑和階梯高度之間存在明顯正比關(guān)系，而且階梯高度略大于 1.2）（Chin, 1999），這一結(jié)果與 Ashida et al.（1984, 1985）、E1991）和 Wohl et al. （1997）的結(jié)論一致，即1mD ， 是平均波高（即階梯高度），mD 為粗化層平均粒徑。-深潭系統(tǒng)在河段尺度上可以增加河床阻力（Abrahams et al., 2004），在個體尺度上可以大幅消耗水流能量（王兆印 等2014b）。在階梯上水流能量通過膚面摩擦消耗，而在深潭中的紊動消耗（Wohl and Thompson, 2000; Wilcox and Wohl,

3 生態(tài)型魚道設(shè)計實例：（a）德國 Mühlenhagen 魚道；（b）德國 Delme魚道 （Marmulla and Welcomme，2002）但是階梯-深潭系統(tǒng)并不能始終保持穩(wěn)定，意大利 Rio Cordon 河長期監(jiān)測階梯-深潭系統(tǒng)會在重現(xiàn)期 30-50 年的山洪中遭到破壞（Lenzi, 2001）。R2012）總結(jié)法國 42 條山區(qū)河流的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，連接沙源的階梯-深潭系0 年重現(xiàn)期的洪水中破壞，而不連接沙源的階梯-深潭系統(tǒng)則在重現(xiàn)期超洪水中破壞。2007 年瑞士 Erlenbach 河（階梯-深潭結(jié)構(gòu)發(fā)育良好）經(jīng)歷

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]河床結(jié)構(gòu)對推移質(zhì)運動及下切河流影響的試驗研究[D]. 余國安.清華大學(xué) 2009



本文編號：3375436