泥沙运动研究的最新进展

水沙调控研究中经常遭遇到关于水流运动、泥沙运移、河床变动相关议题。河道中的泥沙来自于流域地表的侵蚀、沟壑冲蚀等，其运动极为复杂，主要原因如下：

（1）河道水流的紊动性以及流域泥沙性质的变异性。天然河道水流多属湍流，挟带泥沙后，形成两相流。目前对于湍流的研究有许多不够完整之处，而挟沙两相流则更为复杂。其中由于河道流经不同集水区，也带来当地沙源。因此，河道泥沙之多元组成性质也使挟沙两相流问题更为复杂。

（2）水沙运动机制的不恒定性以及河道边界的不安定性。挟沙水流存在水流对于泥沙颗粒的带动、泥沙之间的相互作用以及泥沙颗粒亦同时影响水流的动力机制。挟沙水流由于是湍流，故其具有不恒定之特性，河道上流来沙随时间变化，河床也因此随时处于不断调整状态，加上挟沙水流对于岸滩的冲刷，造成河道边界的不安定性。

（3）水流泥沙受到牛顿力学以及统计理论的支配，有传统理论力学机制又有随机性。在湍流理论之中，复杂的湍流理论与统计理论结合能较好地描述湍流紊动量。而一般常见的水动力湍流模型则以涡黏模型或者雷诺应力模型进行雷诺应力项的方程式封闭，工程应用上常见的涡黏模型有K-epsilon模型。较先进的做法则是以大涡模拟模型（Large Eddy Simulation，LES）进行计算，然而该模型较为耗时且需要计算能力较佳的计算机。水中泥沙若为低浓度含量低时，可视为非连续介质。而泥沙于水中受到涡动影响，受到力学规律之支配，受到统计理论支配的随机性也伴随出现。因此，若单纯以力学分析往往无法较为清楚地诠释泥沙运移机制，采用统计方法则会引入许多概率参数，不易确定。(www.xing528.com)

（4）泥沙挟沙机制仍有待专家学者深入研究。一般认为水流挟沙力是研究挟沙水流的难点之一。高含沙水流其挟沙力具有“多来多排”以及形成“高含沙水流”的特点。使用数学模型中挟沙力公式易与实际情况不甚符合。多沙河川由于含沙量高，大多拥有散乱型流路，主流易于堤内摆动，致使滩槽区分不明显，导致河川断面概化不易。

河道中泥沙运动的复杂性，往往导致河床冲淤量的计算精度差，水沙调控的效果难以精细地量化，严重影响水沙调控的优势和具体实施。因此，对于河道中泥沙输移的数学模型、水流挟沙力以及水沙运动数值模拟软件的研究，是必要的。