Page 94 - 2021年第52卷第7期

水位 t=0s t=3s t=6s t=9s t=12s

0.2 x=0m 0.2 x=5m
高程/m 0.1 高程/m 0.1

0 0
0 0.2 0.4 0.6 0 0.2 0.4 0.6
y/m y/m
0.2 x=10m 0.2 x=15m
高程/m 0.1 高程/m 0.1

0 0
0 0.2 0.4 0.6 0 0.2 0.4 0.6
y/m y/m
图 10 冰塞释放引起的岸滩侵蚀和断面地形变化

5 结论

本文初步建立二维水冰沙耦合数学模型，由水沙数值模块、河冰动力学模块和岸滩侵蚀模块 3 部
分组成。模型采用非结构的有限元法计算水沙运动和河床冲淤变化，能适应自然河流复杂的河道边
界；采用无网格的光滑粒子法计算河冰运动、堆积和释放过程，能模拟极端冰塞冰坝的形成、发展
和释放过程；采用双泥沙休止角法计算岸滩的侵蚀、崩塌和再平衡过程，能揭示岸坡的周期性侵蚀
规律。研究采用溃坝水流引起的岸滩侵蚀和崩塌实验验证了模型的准确性和可靠性，并将模型应用
于冰盖和冰塞形成与释放引起的河床冲淤与岸滩崩塌侵蚀分析。模拟结果显示二维水冰沙耦合数学
模型能揭示流凌对岸滩的刮擦侵蚀、河岸崩塌及失稳土体再分布规律，为极端冰塞冰坝下的水冰沙
相互作用研究提供了新工具。二维水冰沙耦合模型创新性地融合河冰理论和水沙理论，同时满足无
冰和有冰河流水沙和河冰模拟需求，为河流全季节的水冰沙耦合问题研究提供了有力支撑。
北方河流冬季水流运动、河冰输运、泥沙输移、河床变化与岸滩侵蚀存在复杂的水冰沙相互耦
合作用，本文在数值模拟和理论计算方面开展了详细研究，还需通过原型观测和物理模型实验等多
种手段深入研究水冰沙耦合作用机理。关于北方河流河冰与河岸的相互作用及泥沙运动的实测资料
和理论分析欠缺，亟需开展更多系统水冰沙耦合作用研究。

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