非均匀沙起动流速研究与比较

在现有泥沙起动研究成果的基础上,通过理论分析、公式转换和比较,得出即使对均匀沙,起动流速公式的起动系数K也不应是常数,K应随着起动环境的改变而变化,现有各公式的起动系数K是不同的常数,这就影响了各公式的适用范围.分析表明,影响起动环境的因素有水流条件、床面泥沙颗粒特性、泥沙颗粒和水流条件之间的相对关系等,给出了各影响因素的数理表达式,建立了非均匀沙起动流速公式,公式计算值与实测资料符合良好.本文公式与几个常用的起动流速公式的比较结果表明,公式精度较高.     

非均匀沙分级起动流速研究

非均匀沙对均匀沙明显不同,对非均匀沙起动机理作了分析,运用概率论与力学相结合的方法,以现有的相对暴露度为基础导出了泥沙颗粒力臂的数学期望,进而导出了考虑非均匀沙隐暴效应的起动概率表达式.在采用的细颗粒暴露度的分布函数上存在一间断点,从泥沙运动机理和数学上证明了它对力臂的数学期望没有影响.在起动概率的基础上建立了第l级粒径的起动公式.通过现有的非均匀沙起动流速试验资料,确定了计算公式的参数.同时用现有的实验资料对作者起动流速公式进行验证,并且同其它流速公式相比较可以看出作者的起动流速公式预测精度较高.作为特例,同时也得到了均匀沙的起动公式.     

黏性非均匀沙的起动概率

基于概率论与力学结合的方法，探讨了黏性非均匀沙的起动问题．将促使颗粒运动的外力矩大于颗粒保持静止的外力矩视为泥沙起动的临界力学条件，通过作用力臂的统计处理以反映颗粒在床面排列的随机性，并基于瞬时底流速的概率分布和试验资料建立起适合黏性非均匀沙的起动概率公式．其中作用力包括推移力、上举力、水下重力和黏性力，而黏性力表达式则根据因次分析和交叉石英丝试验得到，涉及到泥沙非均匀性、干密度和水压力等影响因子．摩阻流速的计算值与试验值的比较表明，起动概率和相应临界摩阻流速公式合理地刻画了非均匀沙起动的随机力学特性，考虑因素较为全面，对无黏性和黏性的非均匀沙均适用，可供潮汐河口非均匀沙冲刷预测时使用．     

坡面非均匀沙起动规律研究综述

系统地分析与总结了国内外关于坡面非均匀沙起动研究的新成果及进展情况,并分析了泥沙起动的河床组成、岸坡坡度、渗流以及近底水流结构等主要影响因素.在此基础上,指出了3种泥沙起动临界判别条件(起动切应力、起动流速和起动功率)研究与应用中存在的问题,并以非均匀沙的暴露度分析为例,对比了不同学者关于暴露度表达式与分布形式的异同,认为坡面非均匀沙的起动是水力泥沙等多因素综合作用的结果,需要识别坡面非均匀沙起动的主要影响因子,探求多因素作用下的泥沙起动条件,才能进一步揭示泥沙起动的内在规律,完善复杂条件下的泥沙起动判别条件.     

非均匀沙起动规律初探

本文根据近底水流结构及床面圆球绕流试验成果,阐明了非均匀沙起动机理的复杂性。建立了能反映非均匀床沙暴露作用及隐蔽作用的计算非均匀沙起动流速的简化模式,通过专门安排的非均匀沙起动流速试验及分析川江野外观测资料,确定了计算公式的系数。计算结果能反映较细的非均匀床沙较同粒径均匀沙难于起动,而中等及较粗的非均匀床沙则较同粒径均匀沙易于起动的特点。     

大比降河道均匀沙起动流速研究

在讨论床面均匀沙颗粒起动标准的基础上,引入休止角的表达式和随机性理论推导出不同底坡下均匀沙起动概率,进而导出泥沙起动流速;通过已有的研究成果验证本公式的合理性,结果表明：本文公式适用于大比降河道,而且对普通河道的适用性也较强;同时文章初步分析了典型无粘性均匀沙起动公式差异性的原因。     

洪水起动泥石流沟床物质形成泥石流的试验

以研究震后强震区泥石流起动的临界水力条件为目的,在实验室内模拟了洪水起动沟床物质形成泥石流的条件,对比前人研究的颗粒起动的临界水流速度条件后得出：泥石流形成时的颗粒起动条件介于少量起动和大量起动之间,临界起动概率为0.05,约为少量起动的2倍,大量起动的1/3;泥石流形成的临界流速随起动颗粒中值粒径的增加而增加,随沟床坡度的增加而减小;颗粒的不均匀系数越大,起动所需要的临界流速也越大;修正的泥沙起动和泥石流起动公式适用于较大的泥沙颗粒粒径和泥沙不均匀系数的泥沙起动条件.     

珠江南河道平面二维非恒定流水沙数值模拟

基于贴体正交曲线坐标系下沿水深积分的平面二维非恒定水沙数学模型对珠江南河道水沙运动和泥沙冲淤进行了数值模拟,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响,针对河口泥沙双向交换的特点,对泥沙冲淤函数φ作了改进,对挟沙力级配公式进行了调整,改进了现有模型,并利用河段实测水文资料及原型观测数据对模型进行验证,结果表明,模型计算的沿程水位、流速分布和泥沙输移以及河床冲淤演变与资料符合较好。     

基于休止角模型的非均匀沙分级起动流速公式

利用临界状态下的泥沙颗粒受力与休止角的关系建立了非均匀沙的临界平衡方程式,并且以此为基础在假设底部瞬时流速符合正态分布以及对数正态分布的条件下求出了两个起动概率模型。在这两个起动概率模型基础之上推导出了两个非均匀沙的起动流速模型,并且利用现有的实验数据以及野外数据对模型进行了检验。分析表明基于对数正态分布底部流速得到的非均匀沙分级起动流速模型具有比较高的精度。     

非均匀沙挟沙力的研究

非均匀沙挟沙力是河道水流泥沙运动的重要课题之一。本文采用随机数学的方法,分析了水流与床沙的相互作用及床沙与床沙质的相互交换,建立了非均匀沙挟沙力公式。并用野外实测资料对公式进行了验证。验证结果表明,公式有较好的预测性。     

黄土坡面细沟侵蚀稳定宽度的动力学研究

细沟侵蚀是黄土坡面侵蚀的主要方式，细沟侵蚀宽度是土壤侵蚀研究的重要内容之一．引入暴露度概念，考虑粘着力对泥沙起动的作用，用建立的细沟流泥沙起动公式推导出细沟侵蚀稳定宽度的计算公式．采用试验资料对细沟稳定宽度计算公式进行验证，计算值与试验值较符合，误差在-28％～28％之间．从而证明了细沟流流速与细沟泥沙起动流速相等时细沟形成稳定宽度的结论是正确的．     

长江宜昌站沙质推移质输沙规律

现有几家起动公式中的K值不能够准确预测长江宜昌站沙质推移质输沙规律。对宜昌站1956年到1964年和1973年到1974年11年的246组沙质推移质实测水力、泥沙因子资料进行统计分析,将沙质泥沙近似作为均匀沙处理,从均匀沙的起动特点出发,通过分析泥沙颗粒受力和起动模式推导得出宜昌站沙质推移质起动公式,并且公式中的K值随着流量的变化而变化,呈指数分布。在此基础上进而建立了适合宜昌站沙质推移质输沙率公式,并用宜昌站1975年沙质推移质资料对公式进行验证,按公式计算的起动流速和输沙率与实测值比较,获得满意结果。     

Incipient motion of sediment by waves

In this paper, the forces acting on sediment particles are analyzed in all the aspects. Considering the cohesive force between particles, the additional static water pressure induced by the solid-body characteristics of film water and the inertia force of waves, a unified formula of the incipient motion for both coarse and fine particles is defined. The formula can reflect the variation in the initial velocity of fine particles with the volume weight of sediment. The verification of the formula is carried out by use of both experimental data and field observation data accumulated by experts at home and abroad. The verification shows that the formula expresses the law governing the incipient motion of sediment of all particle sizes inclusive of natural sediment and light-weight materials, and thus a basic formula for the study and solution of sediment problems in estuarine and coastal regions is provided.     

“河性行曲”力学机理之边壁泥沙的临界起动条件

在借鉴水流紊动相干结构研究成果的基础上,深层次揭示了紊流紊动涡体猝发、喷射、清扫的过程中对边壁泥沙颗粒的抽吸、挖掘的力学机理;系统概括了河道岸壁泥沙颗粒从起动,到进入水体,促使顺直河道发育成犬牙交错的边滩,并逐步演变为弯曲性河道的全过程;进而在对边壁泥沙颗粒受力分析的基础上,运用涡能理论,提出了边壁泥沙起动的临界条件;并根据黄河的实际情况进行了分析,认为河流边界的糙率、水深等数值越大,泥沙越容易起动。     

An experimental study of the incipient bed shear stress partition in mobile bed channels filled with emergent rigid vegetation

This paper investigates the bed shear stress based on the condition of the incipient motion of sediment in a uniform-flow flume covered with emergent rigid vegetation,which is represented by arrays of circular cylinders arranged in a regular pattern.A total of 148 tests are performed to observe the influence of the vegetation density,bed slope,flow depth and sediment size on the bed shear stress.The tests reveal that when the sediment is in incipient motion,the resistances acting on the flow passing the rigid vegetation contain the vegetation resistance and the bed shear stress.This shear stress could be divided into two parts:the grain shear stress and the shear stress caused by sand dunes,which are the deformed bedform with the sediment incipient motion.An empirical relationship between the shear stress of the sand dune and vegetation density,the Froude number,the apparent vegetation layer velocity is developed.     

考虑粒子形状因素的浑水粘度公式

基于泥沙颗粒非球态的事实,从Ｓｉｍｈａ公式出发,着重探讨了粒子的形状因素对浆体粘度的影响;建立了包含有形状因素在内的粘度公式及群体沉速公式;利用较多的实测资料对所获公式进行的验证表明,公式与实际资料吻合良好,具有实用价值．     

感潮河段瞬时含沙量计算初探

由瓯江及飞云江的水文实测资料分析入手,注意到垂线平均瞬时含沙量变化滞后于垂线平均流速变化的普遍现象,并对影响垂线平均瞬时含沙量变化的可能因素进行了分析.首次对流向及流向变化率与垂线平均瞬时含沙量的响应进行定量讨论,最终认为流向变化率、水深及底沙、悬沙中值粒径为影响垂线平均瞬时含沙量变化滞后现象的主要因素.采用较直观的方式对挟沙力公式进行了改进,以公式结构的不同复杂程度构造了不同的计算垂线平均瞬时含沙量的公式,经过与实测资料的比较,对各计算公式进行了分析与评价.     

给水管网双向流管段水力计算分析

管网水力模型的准确性是管网设计的基础。通常传统均匀配水模型认为模型管段内仅存在单一流向,这与实际情况不符,会造成管段水头损失计算误差。针对传统均匀配水模型中的单一流向和双向流管段的水力计算做了对比研究,论证了双向流计算方法的必要性,并推导出了给水管网管段水头损失计算的通式。