Simulation Study on the Influence of Boulders on Flow-Sediment Transport and Riverbed Adjustment in a Mountainous River
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摘要: 山区流域地表松散破碎，在地震、暴雨等动力条件影响下其大量松散碎屑物质进入沟床，使得山区河流的泥沙补给条件发生突变。由于不同河段输沙能力差异明显，泥沙易在局部河段淤堵，河床剧烈调整，水位显著抬升，这给山区河流的水沙灾害防治造成巨大威胁。基于岷江支流白沙河与龙溪河局部河段的野外调查发现，在干支交汇段沿程边滩漂石结构突出、河道主槽冲刷强、边滩淤堵少。在此基础上，为了分析山区河道中边滩交错漂石结构对水沙运动及河床变形的影响，采用CFD−DEM（计算流体力学CFD，离散单元法DEM）耦合模型，针对不同边滩交错漂石结构下的输沙及河床响应过程开展模拟研究，重点分析了流量、沟道来沙量及边滩漂石结构对河道下游调沙减灾效果的影响。计算结果表明：山区河道中的边滩交错漂石能够有效改变泥沙颗粒运动轨迹，使得绝大部分颗粒从河道中央向下游输移，进而减少颗粒在河道两岸淤积；边滩交错漂石可以调节山区河流下游河段的来沙过程，控制来沙强度和来沙量，减少泥沙在保护河段落淤，进而有效降低河道的沿程水位。随着边滩漂石布设间距的减小、流量的降低及沟道内来沙质量的增大，边滩漂石对松散堆积体的固沙效果越好，对下游河道的削峰调沙及保护河段的防灾减灾作用越明显。Abstract: Earthquakes, landslides, mountain torrents can occur frequently in mountainous areas. During these events, a large number of particles can enter the river channel, causing abrupt changes of sediment supply. Due to varied sediment transportation capacity at different river reaches, sediments may be deposited and accumulated at some locations along the river, which leads to sharp increases of riverbed and water level. This poses a great threat to the prevention and control of water and sediment disasters in mountainous rivers. According to the field investigation of Baisha River and the Longxi River, boulder distribution can increase the river scouring and reduce the sediment deposition along the river banks. It can be seen that boulders can regulate the sediment supply in downstream river effectively. In this study, the characteristics of sediment transportation in a typical mountainous river under the influence of boulders have been analyzed via the CFD-DEM coupling method. In particular, the influences of sediment mass, flow rate and boulder spacing on the granular dynamics, sediment supply and water level along the mountainous river have been discussed. The numerical results show that boulders on the riverbanks can change the sediment transportation path. The debris particles typically move downstream along the middle of the river, which reduces the amount of sediment deposited on both sides of the river. Boulders can regulate the sediment supply in the lower reaches of the mountainous river by prolonging the time and reducing the flux of sediment transportation. As the boulders spacing and flow rate decrease and the debris mass from gully increases, the ‘catching’ efficiency of boulders will gradually increase. This effect can reduce the overall sediment deposition area in the mountainous river and keep the deposition location reasonably far away from the protected reach. Thus, a significant decrease of the water level along the protected reach can be achieved.
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Keywords:
- sediment supply /
- flow-sediment transport /
- riverbed deformation /
- boulders /
- numerical simulation
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中国是世界上山地灾害较为严重的国家之一，其复杂的地质条件、独特的地貌特征、多样的气候类型和密集的人口分布使得滑坡、崩塌、泥石流等灾害时常发生[1-3]，大量进入河道的松散碎屑物质致使山区河流的来沙过程发生突变[4-6]。泥沙在水流的冲刷下会向下游河道输移，由于山区河流交汇节点众多、河道宽窄相间、河道比降陡缓相接，不同河段的输沙能力差异显著，颗粒极易在局部河段淤积，致使河床剧烈调整，水位激增，给山区河流的防洪安全带来巨大威胁[7-9]。例如，2010年8月位于四川省都江堰市境内的龙溪河流域发生暴雨，龙溪河流域内共有45处沟道爆发滑坡、泥石流，导致总量高达3.34×106 m3的泥沙进入河道，在龙溪河下游河道大量泥沙落淤，致使河床平均抬高约5 m，灾后重建的龙池镇被再度破坏，经济损失严重[10-11]。
地震、暴雨所引起的滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害常引起大量漂石进入山区河道。由于漂石形状、大小和空间分布具有不确定性，这导致山区河流的水流结构产生突变、床面剧烈调整[12-14]。Yager 等[15]指出漂石矩阵的存在会对颗粒的运动过程产生显著影响，漂石矩阵的存在使得可输运的泥沙面积显著降低，增加了水流的形状阻力，这使得很大的床面剪切力作用在漂石上，只有少部分的床面剪切力用于颗粒的起动与输移，并对Fernandez等[16]提出的输沙率公式进行了修正。叶晨等[17]通过对天然山区河流漂石河段开展野外调查，借助室内水槽试验发现漂石行距密度的增加会导致近底湍动强度降低。基于岷江支流白沙河与龙溪河河段的野外调查发现，在干支交汇段沿程边滩漂石结构突出，河道主槽冲刷强，边滩淤堵少[18]。由此可见，边滩漂石可在一定程度上调节山区河流的泥沙补给条件与水沙输移过程，降低因泥沙在下游河段淤积而引起水位激增现象，这对山区河流水沙灾害的防治具有重要价值。
当前，针对推移质运动及沟床响应的研究方法一般包括野外考察、室内水槽试验和数值模拟。数值模拟所采用的主要方法是基于连续介质模型，利用输沙率公式得出推移质运动及河床响应特征[19-21]。虽然基于连续介质理论的水沙模型具有方法成熟、运算速度快等优点，但其无法准确描述大粒径卵砾石输移问题。与连续介质模型相比，非连续介质模型既可描述颗粒的宏观运动，又可获得颗粒运动细节信息，非连续介质模型中离散单元法的应用最为广泛[22-24]，它与计算流体力学相结合可较好解决水沙输移这类流固耦合问题，例如：CFD−DEM耦合模型[25-26]。Sun等[27]基于CFD−DEM耦合模型对水槽中的水沙耦合运动过程进行了模拟研究，数值仿真得到的推移质输沙率与公式计算结果和试验数据吻合良好。Lei等[28]利用CFD−DEM耦合模型模拟了大量泥沙由沟道进入变坡陡比降河道的输移过程，分析了不同沟道与河道交汇角度条件下河道泥沙补给过程及堆积体几何形态。
本文采用CFD−DEM耦合模型对不同边滩漂石概化水槽输沙及河床响应进行模拟，重点分析水沙条件及漂石结构对河道下游调沙减灾效果，为山区流域水沙灾害的科学防治提供支持。
1. 计算模型
CFD−DEM耦合模型的主要控制方程如下：
1.1 流体运动控制方程
连续性方程：
$$ \frac{{\partial ({\alpha _{\rm{f}}}{\rho _{\rm{f}}})}}{{\partial {{t}}}} + \nabla \cdot ({\alpha _{\rm{f}}}{\rho _{\rm{f}}}{{\boldsymbol{u}}_{\rm{f}}}) = 0 $$ (1) 动量方程：
$$\begin{aligned}[b]& \frac{\partial }{{\partial {{t}}}}({\alpha _{\rm{f}}}{\rho _{\rm{f}}}{{\boldsymbol{u}}_{\rm{f}}}) + \nabla \cdot ({\alpha _{\rm{f}}}{\rho _{\rm{f}}}{{\boldsymbol{u}}_{\rm{f}}}{{\boldsymbol{u}}_{\rm{f}}}) = - {\alpha _{\rm{f}}}\nabla {{p}} +\\&\qquad \nabla \cdot ({\alpha _{\rm{f}}}{{\boldsymbol{\tau}} _{\rm{f}}}) + {\alpha _{\rm{f}}}{\rho _{\rm{f}}}g - {{\boldsymbol{f}}_{{\rm{drag}}}} \end{aligned}$$ (2) 式（1）～（2）中，
${{\boldsymbol{u}}_{\rm{f}}}$ 为流体速度，g为重力加速度，$\;{{\rho}} _{\rm{f}}$ 为流体的密度，$ {{\boldsymbol{\tau}} _{\rm{f}}} $ 为流体的应力张量，$ {\alpha _{\rm{f}}} $ 为流体的体积分数，$ {{\boldsymbol{f}}_{{\rm{drag}}}} $ 为颗粒受流体的作用力，p为流体的压强。1.2 颗粒运动控制方程
颗粒运动包括平移和转动，方程如下：
$$ {{m}}\frac{{{\rm{d}}{{\boldsymbol{u}}_{\rm{p}}}}}{{{\rm{d}}t}} = {{mg}} + {{\boldsymbol{F}}_{{\rm{f,l}}}} + \sum\limits_{k = 1}^n {({{\boldsymbol{f}}_{{\rm{n,lk}}}} + {{\boldsymbol{f}}_{{\rm{t,lk}}}})} $$ (3) $$ {{I}}\frac{{{\rm{d}}\omega }}{{{\rm{d}}t}} = \sum\limits_{k = 1}^n {{{\boldsymbol{T}}_{{\rm{lk}}}}} $$ (4) 式（3）～（4）中，
$ m$ 为颗粒的质量，$ I $ 为颗粒转动惯量，${{\boldsymbol{F}}_{{\rm{f,l}}}} $ 为流体对颗粒的作用力，$ {{\boldsymbol{f}}_{{\rm{n,lk}}}} $ 为法向碰撞力，$ {{\boldsymbol{f}}_{{\rm{t,lk}}}} $ 为切向碰撞力，${\boldsymbol{ \omega}} $ 为颗粒转动速度，$ {{\boldsymbol{u}}_{\rm{p}}} $ 为颗粒平动速度，$ n$ 为和颗粒接触总颗粒数，$ {{\boldsymbol{T}}_{{\rm{lk}}}} $ 为碰撞力矩。模拟河道如图1所示。图1中，水槽陡比降段和缓比降段长度分别为3.2 m和4.5 m，陡比降段和缓比降段的比降分别为5%和1%，水槽高度和宽度分别为0.1和0.2 m。为了留有足够的空间来布置漂石，设计比降为50%、长度为0.56 m、宽度为0.1 m的坡沟在平距为1.5 m的位置与水槽相连。在计算过程中，坡沟来沙粒径范围为4.0至10.0 mm，中值粒径为6.4 mm，来沙量分别为1.0、1.5与2.0 kg，河道流量分别为1.6和2.1 L/s。漂石布置方式如图2所示，图2（a）和（b）给出了堆积体后漂石间距为0.3和0.6 m的分布情况，粒径为4 cm的漂石外形如图2（c）所示。模拟中相关计算参数见表1。
图 1 河道模型示意图Fig. 1 River channel in the calculation
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图 2 边滩漂石布置示意图Fig. 2 Distribution of boulders in the river channel下载:
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表 1 相关计算参数Table 1 Parameters used for the simulation颗粒
密度/
(kg·m–3)泊松
比杨氏
模量/
(N·m–1)剪切
模量/
MPa碰撞
恢复
系数滑动
摩擦
系数DEM
时间
步长
Δts/sCFD
时间
步长
Δtf/s2 500 0.3 5×106 100 0.3 0.4 10–5 10–3 2. 计算结果分析
采用文献[29]的验证方法，以粒径为0.1 m、密度为2 650 kg/m3的颗粒在水中的沉降过程为例，对计算模型的可行性与可靠性进行验证。单颗球形颗粒在水中沉降过程的计算方程为：
$$ \frac{4}{3}{\text{π}} {r^3}{\rho _{\rm{s}}}\frac{{\partial {U_{\rm{r}}}}}{{\partial t}} = \frac{4}{3}{\text{π}} {r^3}({\rho _{\rm{s}}} - {\rho _{\rm{f}}}) - \frac{1}{2}{\text{π}} {r^2}{\rho _{\rm{f}}}{C_{\rm{d}}}U_{\rm{r}}^2 $$ (5) 式中, ρs为颗粒密度，Ur为颗粒与流体的相对速度，r为颗粒半径，Cd为拖曳力系数。
颗粒下沉速度的模拟结果与理论公式结果的对比情况如图3所示。由图3可见，数值模拟得到的数据与理论计算得到的数据较为吻合，这反映基于CFD−DEM耦合方法模拟颗粒在水流中的输移问题是可行的。
图 3 颗粒下沉速度的理论计算结果与模拟结果对比Fig. 3 Comparison between theoretical formula calculation results of single particle setting velocity and simulation results下载:
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图4～6分别为无漂石、漂石间距0.6 m和0.3 m的条件下泥沙在河道中的输移情况。由图4可见，位于松散堆积体边缘的泥沙率先起动，在颗粒运动初期，由于颗粒的起动位置靠近河道左岸，右侧区域颗粒的浓度要明显低于左侧，颗粒在向下游运动中不断从高浓度区向低浓度区移动调整，最后颗粒沿整个河道向下游输移。对比图4～6变化可知：边滩漂石会对颗粒向下游运动的轨迹产生影响，使得绝大部分颗粒从河道中央通过，进而较少泥沙在岸边的淤积；河道中边滩交错漂石的存在可增加对松散堆积体的固沙作用，调节下游河道的泥沙补给过程，且边滩交错漂石的间距越小，对于河道沿岸的保护作用越明显，调沙效果越好。
图 4 无漂石不同时刻泥沙输移情况Fig. 4 Snapshot of sediment transportation without boulders下载:
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图 5 漂石间距为0.6 m不同时刻泥沙输移情况Fig. 5 Snapshot of sediment transportation with boulders spacing at 0.6 m下载:
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图 6 漂石间距为0.3 m不同时刻泥沙输移情况Fig. 6 Snapshot of sediment transportation with boulders spacing at 0.3 m下载:
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为研究边滩交错漂石对下游河道来沙过程影响，规定变坡陡比降水槽的入口处为平距的原点，保护河段的范围为平距3.5 m到平距5.0 m。边滩交错漂石对通过典型断面泥沙质量的影响如图7所示。由图7可见，在无边滩漂石条件下，经过平距为5.0 m典型断面的颗粒质量比经过平距为3.5 m典型断面的颗粒质量小很多，这表明有大量泥沙在该河段内落淤；河道中边滩交错漂石的存在可显著降低下游河段来沙过程的极值，通过两个典型断面的泥沙质量差异较小，这说明在保护河段落淤的颗粒很少；随着边滩交错漂石布设密度的提高、沟道泥沙补给质量的增大与流量的降低，边滩漂石对山区河道泥沙输移过程的调节作用越明显。
图 7 边滩漂石对通过典型断面的泥沙质量的影响Fig. 7 Influence of boulders on the sediment mass passing through the typical section下载:
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为了分析边滩漂石结构对下游河道泥沙补给条件空间分布的影响，选取平距为1.9 m和2.5 m的两个断面作为典型断面，同时在每个典型断面上根据其宽度再平均分为3个小断面，分别为左、中、右3个小断面。沟道泥沙补给质量为2 kg、河道流量为1.6 L/s，通过典型断面的泥沙累积质量随时间的变化情况如图8所示。在水流的冲刷下，松散堆积体的规模会逐渐减小，堆积体外侧泥沙起动位置会由河流中央朝左岸逐渐运动，引起泥沙浓度在输移过程空间分布不均衡。由图8（a）可以发现，由于平距为1.9 m的典型断面距离松散堆积体较近，受堆积体的影响较大，使得该断面中通过左、中、右3个小断面的泥沙空间分布极不均衡，通过右侧小断面的泥沙质量最小，左侧小断面次之，中间小断面的泥沙质量最多。对比图8（a）与（b）可知，泥沙的空间分布会在向下游输移过程动态调整，通过平距为2.5 m的典型断面中，左侧小断面与中间小断面的泥沙质量显著降低，而右侧小断面的泥沙质量明显提高。由图8（c）可以发现，河道中边滩漂石的存在导致绝大部分的泥沙通过河道中央向下游输移，使得通过中间小断面的泥沙质量大幅度提高，右侧断面次之，而受边滩漂石挑流作用的影响，左侧小断面几乎没有泥沙通过。对比图8（c）与（d）可知，尽管颗粒在向下游运动中会逐渐动态调整，但在平距为2.5 m的典型断面中通过中间小断面的泥沙质量要明显高于通过左侧和右侧小断面的泥沙质量，这表明在山区河道设置交错漂石可以有效降低边滩淤堵。
图 8 边滩漂石对通过典型断面泥沙累积质量随时间变的影响Fig. 8 Evolution of cumulative sediment mass at different locations over time下载:
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当坡沟来沙量为2 kg，边滩交错漂石对松散堆积体颗粒级配的影响如图9所示。由图9（a）和（b）可见：河道流量为1.6 L/s，在河道内无边滩漂石时，随着时间的推移松散堆积体中细颗粒所占的比例不断增加，粗颗粒所占的比重逐渐减小；在河道边滩交错布设漂石后，由于边滩漂石对于松散堆积体具有较好的固沙作用，使得堆积体内颗粒粒径分布特征随着时间的推移变化并不显著。对比图9（b）、（c）与（d）可以发现，由于流量的提高，水流的挟沙能力明显增强，松散堆积体内颗粒级配显著变化，但在河道中布设边滩漂石后仍可以有效减缓松散堆积体内颗粒级配随时间的变化速率。
图 9 边滩漂石对松散堆积体颗粒级配的影响Fig. 9 Influence of boulders on the evolution of particles size distribution over time下载:
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山区河流河道陡缓相接，当水流由坡度较大河段流入坡度较小河段，水流的流速会明显降低，挟沙能力显著下降，引起大量颗粒落淤，在床面淤高与局部水跃的共同作用下局部河段水位会大幅度增加。受上游连续性来沙的影响，颗粒的淤积范围会逐渐溯源发展。山区河道中边滩漂石的存在可以有效改善下游河道的来沙过程，降低来沙强度，减少泥沙落淤，控制颗粒淤积范围和床面厚度，进而降低河道水位。不同工况下山区河道中的清水水面线、无漂石时泥沙淤积后的沿程水面线和布设边滩漂石后泥沙淤积的沿程水面线如图10所示。结合图10（a）与（d）可以看出，当下游河道来沙总质量一定时，边滩交错漂石使来沙强度显著降低，颗粒可以在距离保护河段较远处淤积，因此保护河段内的水位并未显著增长。对比图10（b）与（c）可以发现，随着沟道内来沙质量的提高，边滩漂石的调沙固沙效果明显增强，下游河道的泥沙补给总量和来沙强度显著下降，颗粒淤积规模被有效控制，河段的防洪减灾能力得到提升。
图 10 边滩漂石对山区河流沿程水位的影响Fig. 10 Variation of water level along the river affected by boulders at different time下载:
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3. 讨 论
在地震、暴雨等动力因素作用下，大量的泥沙、天然漂石进入河道，致使山区河流泥沙补给条件和水沙输移规律发生突变，泥沙在局部河段淤积，河道水位激增，严重威胁河流两岸防洪安全。通过对白沙河与龙溪河典型河段开展野外调查发现，干支交汇段沿程边滩漂石结构突出、河道主槽冲刷强、边滩淤堵少，说明边滩漂石可在一定程度上调节河道的泥沙补给量与水沙输移过程，改善下游河段因泥沙淤积而引起水位激增现象，故本文针对不同边滩漂石结构下山区河道水沙输移及河床响应过程开展数值研究。
山区河流床沙组成多为宽级配的卵砾石，尽管基于连续介质理论的水沙模型具有理论成熟、运算效率高等优势[30]，但是其无法准确描述大粒径卵砾石的输移问题，故本文选用CFD−DEM耦合模型模拟不同边滩漂石结构下水沙耦合运动及河床变形过程。虽然CFD−DEM耦合模型可以在考虑液相和固相耦合作用的前提下充分发挥两种计算方法的优势[31-32]，但是随着颗粒数量的增加，计算域的增大，CFD−DEM耦合方法的计算量将变得十分巨大。因此，本文仅对水槽模型中的水沙运动及河床响应过程进行模拟研究。如何对天然河流中的宽级配卵砾石运动及河床变形过程开展数值仿真仍有待于深入探索。
由于山区河流河道比降沿程变化显著，故在模拟过程中选择变坡陡比降水槽。在龙溪河龙池镇河段，河道的宽度约为 20～30 m，最大流量不超过300 m3/s，漂石最大粒径超过3 m[33]。按照设计比尺 1∶100，选取流量为1.6和2.1 L/s，分别对应天然河道中的流量为160和210 m3/s，漂石粒径4 cm对应天然漂石4 m。在数值计算中只进行了1次加沙，并未考虑多次加沙对不同边滩漂石结构下水沙运动及河床响应过程的影响。此外，山区河流中边滩交错漂石的调沙减灾效果与保护河段位置、水沙条件、漂石大小、形状、相对淹没度等诸多因素有关，相关内容仍需进一步探讨。
4. 结 论
基于CFD−DEM耦合模型围绕山区河流不同边滩漂石结构下的水沙输移及河床响应特点开展模拟研究，分析了沟道来沙量、漂石结构及河道流量对下游河道泥沙补给过程及河道沿程水位的影响，得到主要结论如下：
1）山区河道布设边滩交错漂石能够改变泥沙颗粒运动轨迹，使得绝大部分颗粒从河道中央向下游输移，进而可以有效减少泥沙在河道两岸落淤。
2）边滩交错漂石可以调节山区河流下游的来沙过程，控制来沙强度和来沙量，减少泥沙在保护河段落淤进而有效降低河道的沿程水位。
3）漂石的设置间距越小、沟道来沙质量越大、河道内流量越小，边滩漂石对松散堆积体的固沙作用越明显，对于下游河道的削峰调沙及河段的防灾减灾效果越好。
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图 1 河道模型示意图
Fig. 1 River channel in the calculation
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图 2 边滩漂石布置示意图
Fig. 2 Distribution of boulders in the river channel
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图 3 颗粒下沉速度的理论计算结果与模拟结果对比
Fig. 3 Comparison between theoretical formula calculation results of single particle setting velocity and simulation results
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图 4 无漂石不同时刻泥沙输移情况
Fig. 4 Snapshot of sediment transportation without boulders
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图 5 漂石间距为0.6 m不同时刻泥沙输移情况
Fig. 5 Snapshot of sediment transportation with boulders spacing at 0.6 m
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图 6 漂石间距为0.3 m不同时刻泥沙输移情况
Fig. 6 Snapshot of sediment transportation with boulders spacing at 0.3 m
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图 7 边滩漂石对通过典型断面的泥沙质量的影响
Fig. 7 Influence of boulders on the sediment mass passing through the typical section
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图 8 边滩漂石对通过典型断面泥沙累积质量随时间变的影响
Fig. 8 Evolution of cumulative sediment mass at different locations over time
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图 9 边滩漂石对松散堆积体颗粒级配的影响
Fig. 9 Influence of boulders on the evolution of particles size distribution over time
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图 10 边滩漂石对山区河流沿程水位的影响
Fig. 10 Variation of water level along the river affected by boulders at different time
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表 1 相关计算参数
Table 1 Parameters used for the simulation
颗粒
密度/
(kg·m–3)泊松
比杨氏
模量/
(N·m–1)剪切
模量/
MPa碰撞
恢复
系数滑动
摩擦
系数DEM
时间
步长
Δts/sCFD
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步长
Δtf/s2 500 0.3 5×106 100 0.3 0.4 10–5 10–3 -
[1] 王协康,杨坡,孙桐,等.山区小流域暴雨山洪灾害分区预警研究[J].工程科学与技术,2021,53(1):29–38. doi: 10.15961/j.jsuese.202000981 Wang Xiekang,Yang Po,Sun Tong,et al.Study on division early warning of flash flood disaster caused by rainstorm in mountainous small watersheds[J].Advanced Engineering Sciences,2021,53(1):29–38 doi: 10.15961/j.jsuese.202000981 [2] Huang Da,Meng Qiujie,Song Yixiang,et al.Dynamic process analysis of the Niumiangou landslide triggered by the Wenchuan earthquake using the finite difference method and a modified discontinuous deformation analysis[J].Journal of Mountain Science,2021,18(4):1034–1048. doi: 10.1007/s11629-020-6188-y [3] 周家文,陈明亮,李海波,等.水动力型滑坡形成运动机理与防控减灾技术[J].工程地质学报,2019,27(5):1131–1145. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019130 Zhou Jiawen,Chen Mingliang,Li Haibo,et al.Formation and movement mechanisms of water-induced landslides and hazard prevention and mitigation techo-logies[J].Journal of Engineering Geology,2019,27(5):1131–1145 doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019130 [4] 谢和平,许唯临,刘超,等.山区河流水灾害问题及应对[J].工程科学与技术,2018,50(3):1–14. doi: 10.15961/j.jsuese.201800345 Xie Heping,Xu Weilin,Liu Chao,et al.Water disasters and their countermeasures in mountains[J].Advanced Engineering Sciences,2018,50(3):1–14 doi: 10.15961/j.jsuese.201800345 [5] Lei Ming,Yang Po,Wang Yikui,et al.Numerical analyses of the influence of baffles on the dynamics of debris flow in a gully[J].Arabian Journal of Geosciences,2020,13(19):1–15. doi: 10.1007/s12517-020-06016-z [6] Wang Wei,Yin Kunlong,Chen Guangqi,et al.Practical application of the coupled DDA-SPH method in dynamic modeling for the formation of landslide dam[J].Landslides,2019,16(5):1021–1032. doi: 10.1007/s10346-019-01143-5 [7] 刘超,聂锐华,刘兴年,等.山区暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术研究构想与成果展望[J].工程科学与技术,2020,52(6):1–8. doi: 10.15961/j.jsuese.202000859 Liu Chao,Nie Ruihua,Liu Xingnian,et al.Research conception and achievement prospect of key technologies for forecast and early warning of flash flood and sediment disasters in mountainous rainstorm[J].Advanced Engineering Sciences,2020,52(6):1–8 doi: 10.15961/j.jsuese.202000859 [8] 闫旭峰,许泽星,孙桐,等.山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验[J].工程科学与技术,2021,53(6):148–154. doi: 10.15961/j.jsuese.202100134 Yan Xufeng,Xu Zexing,Sun Tong,et al.Numerical experiment of flash flood related to sediment transport at local diverging-converging sections in mountainous rivers[J].Advanced Engineering Sciences,2021,53(6):148–154 doi: 10.15961/j.jsuese.202100134 [9] Wang Haizhou,Xu Zexing,Yu Haiti,et al.Flow variability along a vegetated natural stream under various sediment transport rates[J].Journal of Mountain Science,2018,15(11):2347–2364. doi: 10.1007/s11629-018-4835-3 [10] Chang Ming,Tang Chuan,Zhang Dandan,et al.Debris flow susceptibility assessment using a probabilistic approach:A case study in the Longchi area,Sichuan Province,China[J].Journal of Mountain Science,2014,11(4):1001–1014. doi: 10.1007/s11629-013-2747-9 [11] Li Li,Yu Bin,Zhu Yunbo,et al.Topographical factors in the formation of gully-type debris flows in Longxi River Catchment,Sichuan,China[J].Environmental Earth Sciences,2015,73(8):4385–4398. doi: 10.1007/s12665-014-3722-7 [12] Billi P.Flash flood sediment transport in a steep sand-bed ephemeral stream[J].International Journal of Sediment Research,2011,26(2):193–209. doi: 10.1016/s1001-6279(11)60086-3 [13] Cao Hui,Ye Chen,Yan Xufeng,et al.Experimental investigation of turbulent flows through a boulder array placed on a permeable bed[J].Water Supply,2020,20(4):1281–1293. doi: 10.2166/ws.2020.046 [14] 董晓,王淑英,叶晨,等.山区河流浅水河床漂石对局部水流结构影响试验研究[J].工程科学与技术,2017,49(4):71–77. doi: 10.15961/j.jsuese.201600627 Dong Xiao,Wang Shuying,Ye Chen,et al.Experimental study on influences of boulder on flow structure in mountain river with shallow depth conditions[J].Advanced Engineering Sciences,2017,49(4):71–77 doi: 10.15961/j.jsuese.201600627 [15] Yager E M,Kirchner J W,Dietrich W E.Calculating bed load transport in steep boulder bed channels[J].Water Resources Research,2007,43(7):256–260. doi: 10.1029/2006wr005432 [16] Fernandez Luque R,Van Beek R.Erosion and transport of bed-load sediment[J].Journal of Hydraulic Research,1976,14(2):127–144. doi: 10.1080/00221687609499677 [17] 叶晨,张晨玲,张绍培,等.山区河流漂石阶梯阵列对水流结构影响的试验研究[J].工程科学与技术,2018,50(1):36–42. doi: 10.15961/j.jsuese.201700708 Ye Chen,Zhang Chenling,Zhang Shaopei,et al.Influence of stepped boulder array on flow structure in mountain rive[J].Advanced Engineering Sciences,2018,50(1):36–42 doi: 10.15961/j.jsuese.201700708 [18] 王协康,雷明,许泽星,等.利用边滩漂石调沙的支流强来沙条件下干支交汇淤积段高水位致灾防治方法:CN109797707B[P].2020–09–11. [19] Xiong Wen,Tang Pingbo,Kong Bo,et al.Computational simulation of live-bed bridge scour considering suspended sediment loads[J].Journal of Computing in Civil Engineering,2017,31(5):04017040. doi: 10.1061/(asce)cp.1943-5487.0000689 [20] Guo Peng,Xia Junqiang,Zhuo Meirong,et al.Selection of optimal escape routes in a flood-prone areas based on 2D hydrodynamic modelling[J].Journal of Hydroinformatics,2018,20(6):1310–1322. doi: 10.2166/hydro.2018.161 [21] Deng Shanshan,Xia Junqiang,Zhou Meirong,et al.Coupled modeling of bed deformation and bank erosion in the Jingjiang Reach of the Middle Yangtze River[J].Journal of Hydrology,2019,568:221–233. doi: 10.1016/j.jhydrol.2018.10.065 [22] Li Weichao,Deng Gang,Cao Wen,et al.Discrete element modeling of the Hongshiyan landslide triggered by the 2014 Ms 6.5 Ludian earthquake in Yunnan,China[J].Environmental Earth Sciences,2019,78(16):520. doi: 10.1007/s12665-019-8438-2 [23] An H C,Ouyang C J,Zhou S.Dynamic process analysis of the Baige landslide by the combination of DEM and long-period seismic waves[J].Landslides,2021,18(5):1625–1639. doi: 10.1007/s10346-020-01595-0 [24] Wang Zhenyu,Gu Dongming,Zhang Wengang.Influence of excavation schemes on slope stability:A DEM study[J].Journal of Mountain Science,2020,17(6):1509–1522. doi: 10.1007/s11629-019-5605-6 [25] Shan Tong,Zhao Jidong.A coupled CFD−DEM analysis of granular flow impacting on a water reservoir[J].Acta Mechanica,2014,225(8):2449–2470. doi: 10.1007/s00707-014-1119-z [26] Jiang Mingjing,Shen Zhifu,Wu Di.CFD−DEM simulation of submarine landslide triggered by seismic loading in methane hydrate rich zone[J].Landslides,2018,15(11):2227–2241. doi: 10.1007/s10346-018-1035-8 [27] Sun Rui,Xiao Heng.SediFoam:A general-purpose,open-source CFD–DEM solver for particle-laden flow with emphasis on sediment transport[J].Computers & Geosciences,2016,89:207–219. doi: 10.1016/j.cageo.2016.01.011 [28] Lei Ming,Xu Zexing,Zhao Tao,et al.Dynamics of loose granular flow and its subsequent deposition in a narrow mountainous river[J].Journal of Mountain Science,2019,16(6):1367–1380. doi: 10.1007/s11629-018-5080-5 [29] Zhao Tao,Dai Feng,Xu Nuwen.Coupled DEM−CFD investigation on the formation of landslide dams in narrow rivers[J].Landslides,2017,14(1):189–201. doi: 10.1007/s10346-015-0675-1 [30] 方红卫,何国建,郑邦民.水沙输移数学模型[M].北京:科学出版社,2015. [31] 雷明,余海逖,许泽星,等.山区变比降河道卵砾石溯源淤积的数值模拟[J].工程科学与技术,2019,51(1):45–51. doi: 10.15961/j.jsuese.201700981 Lei Ming,Yu Haiti,Xu Zexing,et al.Numerical simulation of retrogressive pebble deposition in the changing slope zone of a mountainous river[J].Advanced Engineering Sciences,2019,51(1):45–51 doi: 10.15961/j.jsuese.201700981 [32] Nian Tingkai,Wu Hao,Takara K,et al.Numerical investigation on the evolution of landslide−induced river blocking using coupled DEM−CFD[J].Computers and Geotechnics,2021,134:104101. doi: 10.1016/j.compgeo.2021.104101 [33] 郑媛予,王慧锋,王海周,等.不同来水来沙条件下山区河流的河床响应试验研究[J].工程科学与技术,2017,49(增刊1):8–13. doi: 10.15961/j.jsuese.201600839 Zheng Yuanyu,Wang Huifeng,Wang Haizhou,et al.Experimental study on channel response with different flow and sediment conditions in mountain river[J].Advanced Engineering Sciences,2017,49(Supp1):8–13 doi: 10.15961/j.jsuese.201600839
