黃河下游高村-陶城鋪河段邊界阻力能耗與河床穩定性分析

白玉川，李 巖，張金良，白 洋，冀自清

（1.天津大學 河流海岸工程泥沙研究所，天津 300072；2.黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003）

1 研究背景

河流是一個具有自我調整的動態系統，不同時期不同空間所展現的形態（蜿蜒、游蕩或順直）是河流本身為了適應周邊環境變化進行的多方面調整。河流行進過程伴隨能量和物質的輸入與輸出，不斷地進行能量傳遞與轉換，沿程調整河床形態因子、水力因子、泥沙因子等，調整過程中能量耗散保持最小的趨向性[1]。

運用能量耗散理論研究河流工程泥沙問題成為水利工程領域一個熱門研究方向，早期楊志達[2-3]提出的河流最小能耗率和張海燕[4-5]的最小河流功，認為河流處于平衡態時河流能耗率或河流功將達到最小，并用以預測沖積河流在平衡狀態下的斷面形態。后來眾多學者運用能耗理論從河流能量損失、挾沙水流能量轉換、河型演化等方面進行較為深入的研究。龐炳東[6]用流體力學的動能方程解釋了主槽內能量損失的物理原因，描述了灘槽間動量交換的物理圖形，并分析洪水漫灘對流場能量重分布的影響；舒安平等[7]基于兩相挾沙水流紊動能量平衡方程，推導出紊動能轉化率及泥沙懸浮效率系數，探討了紊動能轉化率、泥沙懸浮效率系數和泥沙懸浮功等隨含沙濃度的變化規律。陳緒堅等[8]提出了保持沖積河流穩定的最小能耗率原理和公式，建立河道輸水輸沙優化數學模型；徐國賓等[9-10]則基于廣義流和廣義力推導出河流能耗率，并用于研究黃河下游河型變化與河道演變問題；……