2身份证号：41092619870211xxxx 河南濮阳 457001
摘要：泥沙是河流的水文要素之一，它反映了河流水质的物理特性和流域水土流失的程度。而计算河流动力学是以经典河流动力学、计算流体力学和计算土力学为理论基础，以河流动力数学模型为基本工具，研究河流水沙动力及其与河流边界相互作用规律的科学。基于此，本文将着重分析探讨河流动力学在河流泥沙中的应用，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。
关键词：河流泥沙；河流动力学；措施
中图分类号：TV143文献标识码：A
1、河流动力学概述
计算河流动力学与经典河流动力学虽然在研究对象方面一致，但在研究方法方面却相差甚远。从20世纪60年代起，计算机和数值算法的快速发展，使得计算流体力学和计算土力学中的模型应用于河流动力研究具有了可行性。特别是90年代以后，许多在准确性方面已获得证明的理论，如多相流体力学模型、紊流模型、新的数值算法、边界拟合技术等都迅速应用于河流模拟中。但这并非简单地应用，即使同一控制方程，在不同边界下计算量常存在量级上的差异，应用可行性差异非常大。计算机运算速度的限制使得许多更具一般性的理论和准确性更高的模型无法直接应用于河流中，每一次应用都需根据河流特性进行新的优化。计算速度的飞速发展，使得大量理论更完善、准确性更高、尚未得到应用的模型，有希望将来应用于计算河流动力学中。
近年来河流健康概念的出现对计算河流动力学模型和算法方面提出新的要求，要求扩大计算空间尺度的同时，更加重视微观、表相的研究，以解决水流和泥沙的相间作用、床面泥沙的运动、水体紊动作用、水污染物吸附解吸等过程模拟所存在的问题。然而，目前关于计算河流动力学理论的系统论述未见报道，相关文献大都局限于当前工程应用的模型理论，而未涉及基础理论体系及其交叉融合，这将延缓新的理论引入，限制技术发展和理论创新。因此，有必要融合经典河流动力学、计算流体力学、计算土力学基本理论，分析不同模型的计算精度、计算量、复杂性，构建完整的计算河流动力学理论体系。这将有助于根据当时计算机科学、数值算法、河流动力学理论条件，准确选取最优方法，确定正确的研究方向。
2、河流泥沙中河流动力学的应用
2.1、泥沙运动影响分析
河流是水流与河床长期相互作用的产物，水流作用于河床，使河床发生变形；河床反过来也作用于水流，影响水流结构。两者永远处于发生、发展的变化中。水流与河床的相互作用是通过泥沙运动作纽带来实现的。水流挟沙较小时，将从河床获取泥沙达到饱和含沙量，从而使河床冲刷下降；当水流夹带泥沙过多，将沉淀部分泥沙，使水流达到饱和含沙量。从而使河床淤积抬高。因此，泥沙有时是河床的组成部分，有时又是水流的组成部分，在他们的运动过程中，矛盾的两个方面相互转化，从而进一步推动矛盾的变化和发展。
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2.2、河流泥沙的变化影响
河流泥沙含量与土壤、季节性气候变化、植被、坡度、降雨化程度、人类活动等因素有着十分紧密的联系，随着时间的变化，河流泥沙也就取决于这些因素的不同变化和组合。此外，对于冲击性的河流，其承载的河床主要是由长期冲击的泥沙构成，水流经过这样的河床，常常会沉积或携带大量的泥沙。同时季节性的变化对河流泥沙也有一定的影响。汛前，由于土壤干燥、降水少等，在暴雨洪水来临之际，携带这较多的泥沙。降雨强度对泥沙的影响大，强度越大，侵蚀能力越强，从而造成河流泥沙量增多。河流输沙量也集中在汛期，而且还集中在几次比较大的洪水之中。而人类活动导致流域产沙条件发生巨大的变化，例如道路的修建、毁林垦荒等，导致河流泥沙量增加，而水土保持、封山育林又可以在一定程度上减少河流泥沙。
2.3、泥沙冲淤变化的影响
在自然环境条件下，河流一直处于动态的状态，不断地变化发展。例如在冲积平原河流中的弯曲河段，由于河道两岸的线性弯曲，导致水流沿着河道两岸做曲线运动。由于底层水体的流速较小，受到的离心力也较小，而表层的水体由于流速较大，受到的离心力也较大，因此造成表层水体含少量比较小的清水向凹岸流去，导致凹岸产生冲刷，而底层含沙量较多的水流，就会想凸岸流去.导致凸岸淤积。在长时间的水流作用下，凹岸会不断地向后退、崩塌，凸岸会不断地淤积向前，从而使得河流的两岸越来越弯，随着时间的推移，最终会形成一个较大规模的河环。在洪水时期，由于水流急剧上涨，流速加快，水流会快速重开河环的颈部，从而出现一个裁弯取直的景象，弯曲河段便变成了微弯河段，如果没有相关的人员进行处理和控制，其会在此基础上不断重复上述河流由微弯变成河环，变成裁弯取直，如此循环反复，永不停止。
2.4、泥沙冲淤变化受人类活动影响分析
在河流上修建水利枢纽，可以发电、灌溉、防洪、美化水环境，但有时也会带来不利的影响，像修建长江三峡水利枢纽，在大坝上游很长的水库区，使库区回水变动段的下游内的险滩全部被淹没，航深增加，航行条件得到改善。但是，在回水变动区内泥沙会大量淤积，使枯水期航深变浅，妨碍航行，同时，码头、取水口、支流河口等被淤浅甚至被淤塞。在大坝下游，由于水库的调节作用，增加了枯水流量，提高了枯水航深，这是有利的一面。但也存在很多不利的方面，例如上流进入水库的是浑水，当泥沙大量沉积于水库后变成了清水。水库下泄清水将冲刷河床。葛洲坝枢纽建成以来，坝下较长河段都发生冲刷，河床下切，水位下降。而一些大中型水库、水电站多担负调峰任务下泄流量时增时减，使下游水深也时大时小，对水文、水利、航运部门影响较大。
2.5、冲淤变化对水利工程的规划和设计产生的影响
港口、航道工程、水利工程等在规划设计选择地址的过程中，首先就需要把港口、码头、河道、航道设置在水流条件良好、水深程度足够、河床稳定性高的地方，以此保证工程在水文年内进行正常安全的运行。为了能够充分合理地利用河道，在河道两岸修建水工建筑的过程中，必须充分掌握和认识河流运动的客观规律，并正确预测今后发展的趋势。
3、总结
总而言之，河流动力学是研究河流演变规律的一门科学它所研究的内容包括水流泥沙运动和河床变形等河流演变是水流与河床相互作用的结果河流是一个复杂的动力开放系统内部存在着非线性动力反馈机制，这就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。
参考文献
[1]符太有.河流动力学在河流泥沙研究中的应用分析[J].科技创新导报，2012，06:118.
[2]徐国宾.非平衡态热力学理论在河流动力学领域中的应用[D].天津大学，2003.
论文作者:张古存1,赵宗光2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/13
标签：河流论文; 泥沙论文; 河床论文; 水流论文; 动力学论文; 模型论文; 动力论文; 《基层建设》2017年第22期论文;