| 题名 | 山区河流泥沙侵蚀动力地貌学研究—以乌鲁木齐河为例 |
| 作者 | 刘友存 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-11-25 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 叶柏生 |
| 关键词 | 卵砾石河床河流 粒径 流量 推移质 悬移质 溶解质 输沙率 |
| 其他题名 | Mass transport and hydraulics of flow in a high mountain gravel bed stream, the Urumqi River (Chinese Tianshan) |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 近三十年来，有关高山卵砾石河床泥沙输移和河道结构变化的问题已经引起了人们极大的关注。高山卵砾石河床河流中的水流和泥沙运动规律的研究也成为河流动力学领域重要的研究课题之一。 从2004年至2006年的三个洪水期内，我们在乌鲁木齐河（位于中国西北部的天山）上游进行了一系列的野外实地观测取样工作，获得了宝贵的床沙质和推移质样品，并且对推移质取样方法进行了认真、详细的描述。 细致谨慎的取样工作对总泥沙输移的研究起着至关重要的作用。我们选择在相对广泛的水流、推移质输移和河道坡度条件下进行测量，获取了丰富的野外实测数据。通过这些数据，我们不仅了解了推移质输移和临界切应力的相互关系，而且使得我们有能力检验卵砾石河流的行为。我们对输移质运移的时序特征进行了详细的研究。在泥沙供给、表面颗粒分布和物质输移相互作用的探讨研究上，我们取得了一些进展。测量区内输移率呈现出短期变化的特征。取样期内我们对推移质进行了监测，同时，提出了一个推移质输移的“简易公式”，在简化了晦涩的推移质“总公式”的同时，也使我们对泥沙输移问题的复杂性有了更深的体会。通过研究，我们了解到不同过程之间是相互作用的。 研究工作主要取得了以下成果： 得到了更多关于床沙质的粒径信息。其中，重要的一步就是建立可靠的数据库，用来进行有价值的研究工作。粒径和形状系数是随时空的变换而变化的。分析表明，对河流梯度是构成粒径分布的主要因素。形状因子系数在冰川峡谷中的分布相对分散，而在后峡和南台子则比较集中。粗化层颗粒沿水流方向呈叠瓦状排列。而颗粒长轴（a轴）并不是和水流方向一致，而是a轴在水平面上的投影与颗粒沿水流方向轴（f轴）之间存在着一个夹角。f轴和a轴，v轴（颗粒在竖直方向的轴长）和c轴，v轴和a轴之间存在着明显的相关性。本文提出了一些计算暴露高度(p-axis)和暴露系数ξ 的关系式，随着下游颗粒相互位置的变化，暴露系数的取值在0到1之间。 本文详细描述了正确的水力测量方法和适当的取样分析方法。这就为在乌鲁木齐河上游进行精确的水力学研究提供了保障。测量项目主要包括流速测量，推移质、悬移质和溶解质的测量。在大量测量数据的基础上，我们得到了有效的取样方式；推移质分析方法有了新的思路，同时导出了一些公式。主要结论总结如下：1）经过对断面流速的平均处理，乌鲁木齐河的水流非常近似于均一流状态，可以按照均一流进行分析计算；2)试图根据给定剖面流速来计算切应流速是不现实的； 3)平均流速、径流深和单宽流量三个参数存在很好的相关性，可以相互转换； 4)推移质的断面平均分析法存在弊端，应该予以摒弃。单个样品能够提供更多与测定相关的流量和其他未知的信息； 5)单宽推移质输沙率和单宽流量之间存在着指数关系； 6)悬移质输沙率和降水量以及悬移质输沙量和溶解质输沙量之间相关性并不明显； 7)溶解质输移量和悬移质输沙量之间存在指数关系。 通过一系列的野外取样和测量工作，我们得出了三种物质输移类型和流量之间的连续性关系。通过对推移质输移可变性的研究，我们推导出了一些泥沙输移的经验公式和关系式。主要结论总结如下：1）在冰蚀谷，推移质输移率和河宽、推移质输移率和平均流速之间存在着指数关系，这与拜格诺的描述是相符的；在后峡地区，三者之间的关系并不明显；在出山口（南台子地区），存在一定的相关性；2）悬移质和溶解质输移率之间存在一定的相关性； 3）导出了推移质输移量(Qb)与流量(Q)和宽度(W)的关系式，即Qb= 60Q2/W, 经核算，估算数据和实测数据基本一致，但同时也存在一定的局限性。4）悬移质和溶解质与流量的力学关系式也被拟合得到，关系式分别为Qsusp ≈23Q1.8 and Qdiss≈27Q0.76。乌鲁木齐河上游的泥沙输移量就是利用上述公式计算得到，总输移约为1.6× 108 kg/yr, 其中，悬移质约为1.46 × 108 kg/yr (89%), 推移质约为0.144× 108 kg/yr (8.9%)，溶解质约为0.034× 108 kg/yr (2.1%)。流域的平均输移率约为0.17 kg/m2/yr，平均侵蚀率约为0.06 mm/yr。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 127 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21644]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘友存. 山区河流泥沙侵蚀动力地貌学研究—以乌鲁木齐河为例[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2008. |
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