河流水冰沙耦合模型研究Ⅱ：验证与应用

潘佳佳，Hung Tao Shen，郭新蕾

（1.流域水循环模拟与调控国家重点实验室，中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.Department of Civil and Environmental Engineering，Clarkson University，Potsdam，NY 13699-5710）

1 研究背景

北方河流冬季流凌能引起严重岸滩刮擦侵蚀和崩塌破坏，伴随着河冰运动的洪水威胁着河道堤防安全。例如，我国黄河和黑龙江等河流的凌汛时有发生，给人民生命和财产安全带来巨大隐患［1-3］。黄河部分河段遇到不利气温和大水条件时，流凌或冰坝能造成堤防溃决，进而引起漫堤洪水，形成严重凌灾［4-7］。此外，流凌刮擦不仅影响岸滩稳定性，也能破坏水工建筑物，危及沿岸建筑或房屋安全。研究冬季河冰运动和岸滩刮擦侵蚀的作用机制对防凌减灾具有重要意义。

国内外很少有研究关注河冰运动对岸滩的刮擦侵蚀机制，已有的部分研究仅定性分析了河冰运动规律或岸滩侵蚀现象［8-9］。Lawler 在南威尔士伊尔斯顿河的两个弯道上开展了长达两年的连续监测，揭示该河道弯道的岸滩侵蚀后退主要发生在冬季［10］。该研究表明冬季河道水沙运动过程对岸滩演变具有重要影响，但没有从机理上解释引起岸滩冬季侵蚀的原因。Zabilansky等在1998—1999年冬季对美国中部密苏里河的7个代表性断面开展现场观测，发现这些断面均存在显著的流凌刮擦侵蚀［11］。该研究揭示了河冰运动与冬季岸滩侵蚀后退的联系，解释了冬季河道岸滩侵蚀频发的诱因。他们的研究主要侧重于现场观察分析，并没有从机理上解释河冰运动对岸滩侵蚀的促进机制。Beltaos 等在加拿大阿萨巴斯卡河下游的冰塞观察中也发现冰塞体的释放能引起巨大的泥沙输运，并伴随着严重的河岸刮擦侵蚀［12］。……