河岸根-土复合坍塌体影响曲流横向迁移的机理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘磊 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 陈东 |
| 关键词 | 根-土复合坍塌体 弯曲河流 次生环流 河岸横向迁移速率 近岸纵向流速梯度 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 河岸根-土复合坍塌体广泛分布于草甸型弯曲河流中，由植物根系与土壤紧密交织而成，具有较强的抗冲刷能力，在河岸稳定性与河道迁移过程中发挥重要调节作用。这类坍塌体通常在二元结构河岸崩塌时形成，掉落于河岸坡脚，并在水流持续冲刷下逐渐分解。此现象在野外经常被学者们观察到，且多人在文献中提及此类坍塌体对河道水力特性及河岸迁移速率带来的影响，但迄今为止相关定量研究十分匮乏。 本研究基于甘肃玛曲草甸型弯曲河流的连续四年野外调查，采用无人机低空摄影跟踪14 个连续河湾的岸线迁移过程，并采集了土壤、植被、流速及地形数据，现场测量了根-土复合坍塌体的抗拉与抗剪特性。同时，统计了246 个坍塌体的形态与尺寸特征，并利用Mike3 软件构建了基于第10 个河湾地形数据的三维数学模型。此外，为了排除野外不确定性因素，我们结合武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室的弯道动床动岸概化模型，进一步建立了小尺度精细网格的三维弯道数学模型。通过数值模拟，阐明了野外和室内试验中坍塌体对弯道水力特性的影响，包括垂线平均流速、壁面切应力、次生环流和紊动能，揭示了其对河岸稳定性与迁移速率的作用机制。本研究定量分析了根-土复合坍塌体的位置与尺寸特征对局部迁移速率的影响，进一步证实了纵向流速梯度对河岸横向迁移的驱动作用。论文主要结论如下： 1）在玛曲高原草甸区，高曲率河湾更易形成根-土复合坍塌体。超过95%的根-土复合坍塌体分布在弯曲度大于1.50 的中高曲率河湾中。此外，坍塌体主要位于弯顶下游。在向上游和向下游扭曲的河湾中，分别有67%和64%的坍塌体分布于弯顶下游。 2）根-土复合坍塌体的存在显著降低了河岸的迁移速率。根据290 个观测断面的统计，与无坍塌体的断面相比，含坍塌体断面的最大迁移速率降低约57%，平均迁移速率降低约43%，迁移速率方差从0.02 降为0.01。 3）根-土复合坍塌体将高流速区、高切应力区及次生环流中心推离凹岸，从而对河岸起到了保护作用。坍塌体的宽度越大，其保护效果越明显。在玛曲模拟河湾坍塌体附近，河岸形成低流速区，壁面切应力则由0.034 Pa 降至0.019Pa，而边壁处紊流动能降低了约60%。人为移除坍塌体后，凹岸边界与最大切应力区的距离由3.8 m 缩短至1.0 m，显著增加了河岸失稳的风险。 4）在整体护岸的同时，一些根-土复合坍塌体的存在改变了近岸水流的方向，带来周边河岸局部冲刷加剧，这导致凹岸侵蚀非均匀性增加，造成参差不齐的岸线。玛曲模拟坍塌体的河湾河岸平均迁移速率的方差增加约35%。另外，长期存在的坍塌体缩窄过水断面，提升断面内平均流速，增强断面整体的水流动量交换及混合扩散效应。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 133 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217311]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘磊. 河岸根-土复合坍塌体影响曲流横向迁移的机理研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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