核子测沙仪试验研究

介绍了核子测沙仪的特点、原理和含沙量计算方法,并用浑水搅拌器进行了标定试验,得到了含沙量随输出电压的变化曲线和拟合函数,确认核子测沙仪的主要指标为:测量范围,含沙量1～2 000 kg/m3,水深0～200 m,水温0～45℃;测量精度,1～3 kg/m3时>10%,3～10 kg/m3时<10%,10～100 kg/m3时50 kg/m3时<1%;信号长期稳定性,<0.03%;放射源安全性,使用活度1.85 GBq的241Am源是"十分安全"的.     

红壤区坡面径流小区全剖面采样方法探讨

坡面径流小区径流桶含沙量测量是坡面径流小区水土流失监测的关键.本文通过在1.05kg/m3、5.25kg/m3、10.49kg/m3、52.46kg/m3、104.92kg/m3、524.58kg/m36个含沙量水平,30cm、60cm、90cm 3个不同水深径流桶下进行全剖面取样器取样实验测量精度分析,结果表明:全剖面取样器采样法在红壤坡面径流小区径流桶的含沙量观测的相对测量误差范围在约-35.19％～0.65％,低含沙量下其测量误差有正负,相对误差随含沙量增加先减小后增大,测量精度的稳定性随含沙量增加而减小;全剖面取样器采样法在低、中含沙量水平下水深从30cm到90cm,随着水深增加相对误差显著增加,高含沙量下水深对测量精度无显著影响;全剖面取样器采样法适合红壤区径流小区径流桶中、高含沙量条件下取样观测.     

不同床面下极细沙水流对糙率影响的试验研究

利用天然黄河极细沙进行了不同床面、不同流量、不同含沙量情况下极细沙水流对糙率影响的水槽试验.结果表明:光滑水泥床面以及在光滑水泥床面上加糙的床面,均有减阻现象但不明显;在粗糙床面上,糙率系数随含沙量的增大而减小,但当含沙量为60～100 kg/m3时,糙率变化比较平缓,超过100 kg/m3时,糙率随含沙量的增加而减小;对于不同级配的悬沙,当含沙量超过某一临界含沙量时,糙率随含沙量的增大而减小,且细颗粒含量越大,减阻现象越明显.     

三门峡水库壅水明流排沙特性分析

利用三门峡水库1964—2006年实测资料,对非汛期53场平水和144场洪水入库壅水明流排沙特性进行了分析,提出了出库含沙量与入库含沙量、水流滞留时间的关系式。分析表明,平水入库时入出库平均含沙量为8 kg/m3和5kg/m3,出库含沙量与黄河调水调沙对下游河道调控含沙量指标要求相差较大;洪水入库时入库平均流量为1 200 m3/s,入出库平均含沙量分别为32 kg/m3和24 kg/m3,其中24%的场次出库含沙量达到黄河调水调沙调控指标要求,2.8%的场次出库流量和含沙量同时达到黄河调水调沙调控指标要求。     

渭河下游洪水冲淤特性及不淤临界流量分析

分析了渭河下游1974—2005年不同流量级和含沙量级的200多场洪水排沙比与洪峰流量的关系,结果表明:①渭河洪水可分为平均含沙量小于100 kg/m3的较低含沙量洪水、100~200 kg/m3的中等含沙量洪水和200 kg/m3以上的高含沙洪水;②渭河下游泥沙冲淤主要发生在洪水期,洪水期大流量洪水一般会发生冲刷,小流量洪水一般会发生淤积;③渭河下游洪水不淤临界流量约为2 000 m3/s左右,洪水平均含沙量在100 kg/m3以下和200 kg/m3以上时,洪水不淤临界流量分别为1 000、1 700 m3/s。     

黄河下游夹河滩站洪水最大含沙量预报研究

黄河下游花园口至夹河滩河段,区间加水加沙很少,夹河滩洪水含沙量的大小,主要受上游来水含沙量、来沙系数和本站洪峰流量的影响.本文采用相关分析和人工神经网络模型建立了夹河滩洪水最大含沙量预报方案和模型.运用该方案和模型对"04·8"洪水夹河滩最大含沙量进行了试预报,预报值为250kg/m3,比实测值270kg/m3偏小7.%.这是黄河下游首次发布洪水最大含沙量试预报,拉开了黄河下游洪水含沙量预报的序幕.     

吐木秀克水电站技术供水系统设计

吐木秀克水电站多年平均含沙量为3.18kg/m3,实测汛期最大含沙量达49.3kg/m3,如此之大的含沙量给技术供水系统设计带来一定难度。必须在技术供水系统设计中采取有力措施,使得进入机组冷却系统的泥沙含量在允许范围以内。通过采用非汛期自流供水;汛期循环供水的方式有效地解决了这一问题。     

小浪底水库排沙对下游鱼类的影响研究

采用现场调查和室内实验相结合的方法研究了黄河小浪底水库排沙期间下游河流出现鱼类死亡现象的原因。2010年度小浪底水库排沙期间,下游出现了高含沙水流过程,伴随出现了鱼类死亡现象,调查发现受影响鱼类有5目5科11种。水库排沙期间的含沙量、溶解氧变化过程的现场调查及室内实验结果表明,小浪底水库排沙时细颗粒泥沙含量较高,堵塞和损坏鱼鳃是导致鱼类死亡的原因之一。当含沙量大于80 kg/m3时,水体溶解氧下降至鱼类生存所需下限2mg/L以下,鱼类在短时间内缺氧而死亡;当含沙量低于60kg/m3时,根据现场调查结果及相关人员经验判断水库下游河道内不会出现鱼类死亡漂移现象。水库排沙期间,下游河道水体的含沙量与溶解氧浓度具有较好的相关性,即河道水体的溶解氧浓度随着含沙量的增加而减少,可通过控制出库含沙量及其持续时间减轻对鱼类的影响。     

虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的试验研究

为研究虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的应用及效果,基于水库库区现场的清淤试验,利用西霞院水库上下游水位差的虹吸作用,辅以破土射流冲吸式吸泥头扰沙,通过对输沙管道沿程含沙量和流量等特征值的跟踪监测,研究单泵及双泵串联条件下,200m3/s、220m3/s、230m3/s、240m3/s、250m3/s、300m3/s和330m3/s共7个流量级不同试验工况下测点含沙量的变化范围、趋势及粒径级配等,并对试验清淤效果进行定量分析。水库清淤的现场试验结果表明:随着虹吸式管道排沙试验的工况流量不断增大,所测的平均含沙量呈现出增大趋势,而最大含沙量呈现先增大后减小的趋势,整个试验过程最大含沙量达到342.61kg/m3,清淤2 000m3泥沙的生产成本为10.56万元。     

小浪底水库排沙对下游鱼类的影响研究

采用现场调查和室内实验相结合的方法研究了黄河小浪底水库排沙期间下游河流出现鱼类死亡现象的原因。2010年度小浪底水库排沙期间,下游出现了高含沙水流过程,伴随出现了鱼类死亡现象,调查发现受影响鱼类有5目5科11种。水库排沙期间的含沙量、溶解氧变化过程的现场调查及室内实验结果表明,小浪底水库排沙时细颗粒泥沙含量较高,堵塞和损坏鱼鳃是导致鱼类死亡的原因之一。当含沙量大于80kg/m3时,水体溶解氧下降至鱼类生存所需下限2mg/L以下,鱼类在短时间内缺氧而死亡;当含沙量低于60kg/m3时,根据现场调查结果及相关人员经验判断水库下游河道内不会出现鱼类死亡漂移现象。水库排沙期间,下游河道水体的含沙量与溶解氧浓度具有较好的相关性,即河道水体的溶解氧浓度随着含沙量的增加而减少,可通过控制出库含沙量及其持续时间减轻水库排沙对鱼类的影响。     

比重瓶法测验低含沙量误差分析

在河流水文测验、河工模型试验、水质评价及工农业取水中,通常采用比重瓶法测验含沙量。在含沙量较小时,因水中溶解质含量较大,用比重瓶法测验得到的含沙量往往大于实际含沙量,但测验者常常怀疑测验过程或测验仪器出现误差,而忽略其真正原因。通过某城市供水沉沙池试验的含沙量测验发现,影响低含沙量测验误差的潜在原因就是浑水中溶解质含量,它对含沙量的影响远远大于水体自身含沙量;此外,温度测验误差对含沙量的影响较大,并且含沙量越小,温度测验误差对含沙量的影响越大。基于此,提出了比重瓶法测验低含沙量的改进方法,得到了与烘干法基本一致的测验结果,为低含沙量测验提供了一些借鉴和参考。     

模型试验含沙量量测技术研究

含沙量是河工、港工物理模型试验主要测量要素之一,现有的模型试验含沙量测量仪具有测量范围窄、相对误差大、重复性低等缺点,制约着物理模型试验含沙量的测量范围和试验准确性。介绍了一种自主研制的无线实时含沙量测量仪,该测量仪采用光电测量原理,将光信号转换成电信号,实现含沙量的实时在线测量。通过分析光电法含沙量测量仪的基本原理、硬件系统设计,分别研究了含沙量与透射光强、散射光强、透射光功率之间的变化关系,提出采用透射光与90°散射光相结合方法测量含沙量。经多组试验研究获得含沙量算法及其实现方式,确保含沙量测量的相对误差小于5%。本研究采用不确定度分析方法,分析新研制的含沙量测量仪的可靠性,试验表明仪器的不确定度小于0.4。     

泥沙管道输送试验系统的研制及分析

为更好地服务于泥沙疏浚工程,研制了泥沙水力输送试验系统,并对不同体积浓度泥沙输送时的阻力特性进行了试验。结果表明:该试验系统设计合理,测量数据准确,可模拟实际工况;泥沙体积浓度较低时,管道的水头损失基本上随着速度的提高单调增大;体积浓度较高时,流速先降低再提高,在临界流速附近存在起伏。     

模型试验含沙量测量仪器的分析研究

分析研究了用于模型试验的含沙量测量的方法和相关仪器,重点介绍了烘干称重法、比重瓶法和光电测沙仪。     

超声衰减谱法测量泥沙粒度分布

利用超声衰减谱的测量,可以获得泥沙中颗粒粒度分布信息。采用超声耦合相模型和Bouguer-Lambert-Beer-Law散射模型的叠加描述河流泥沙中超声衰减行为,宽频超声换能器测量得到2MHZ至7MHZ间泥沙声衰减谱,结合独立模式的最优正则化反演算法,获得了体积浓度4.5%,12.4%,15.8%下泥沙的颗粒粒度分布。结果表明,超声衰减谱法能在体积浓度直至15.8%的高浓度条件下获得泥沙颗粒粒度分布,并且测量得到的平均粒度受浓度变化影响较小。将超声法测量结果与光学图像法测量结果相比较,两种测量方法得到的结果较为吻合。     

悬移质近底参考面平衡浓度的一个计算公式--对Lane与Kalinske模式的改进

根据推移质与床沙交换、悬移质主要与推移质交换的物理背景，采用Einstein床面泥沙的起动概念及推移运动概率函数表征床面泥沙起动及推移运动，采用Lane与Kalinske提出的泥沙因水流垂向脉动而进入悬浮运动的模式表征推移质进入悬浮运动的过程，建议一个床面层高度，建立了一个悬移质近底平衡浓度的一个计算公式。公式的参数由实测资料确定，公式经过了独立资料的检验，计算精度在可以接受的范围内。基于本文建议的床面层高度及参考面平衡浓度公式，建立了悬移质输沙率计算方法，取得了满意的输沙率计算精度。对于细颗粒泥沙的悬移质输沙率计算，本文公式克服了Einstein方法的缺陷。     

Effect of the Three Gorges Reservoir on vertical distribution of suspended sediment concentration and estimation accuracy of depth-average concentration in downstream reaches

The sediment regime in the middle Yangtze River has been significantly changed from quasi-equilibrium to nonequilibrium since the impoundment of the Three Georges Reservoir (TGR). To understand the effects of the TGR on vertical distribution of suspended sediment concentration (SSC) and estimation accuracy of mean concentration, vertical sediment concentration and flow velocity data at the Shashi and Jianli hydrological stations in the reach before and after the impoundment were collected. Comparisons and analysis of vertical profiles of SSC before and after the TGR impoundment show that after the impoundment of the TGR, due to the coarsening of sediment particle size, the reduction in sediment load, and the significant decrease in sediment saturation, the vertical distribution of SSC in the downstream reaches became more uneven under medium and low water flows, which was reflected in the vertical gradient and the fluctuation degree of SSC significantly increased. In addition, the depth-average sediment concentrations were calculated by the selected-point method and the mean values calculated by the “multi-point method” were regarded as the “true mean” to evaluate the accuracy of the mean value calculated by the “few-point method.” It was found that the relative errors for the selected-point method were mainly positive before impoundment but mainly negative after impoundment. Additionally, the correction factors of one-point, two-point, and three-point methods and the position of the near-bed substituted point for the five-point method were given to reduce the error when the point measurements were used to calculate the depth-average sediment concentration in the downstream reaches.     

基于IPSO-BP神经网络的高含沙水体对鱼类影响预测方法

水库进行水力排沙时，高含沙水流过程可能会对鱼类等水生动物产生负面影响，其量化评估方法研究较为薄弱。为了预测和评估水库排沙过程对下游鱼类的影响，本文利用黄河花斑裸鲤和鲤鱼在高含沙水体中生存特性研究的实验数据，综合考虑含沙量和粒径、溶解氧、暴露时间、水温等因子对鱼类生存的影响，建立了基于IPSO-BP神经网络的高含沙水体对鱼类致死影响预测方法，对目标鱼类死亡率的预测误差小于6%。本文使用了与BP神经网络紧密耦合并引入动态参数和变异扰动的IPSO算法，较BP和PSO-BP神经网络预测能力更佳，相比国内外已有的Stress Index(SI)、Severity of Ill Effect (SEV)和多元拟合方法预测精度得到显著提升。分析表明，本文提出的预测方法能够考虑高含沙水体中鱼类生存受多环境因子联合制约，且多因子之间存在复杂关联的情况，可为评估高含沙水流过程对水生态的影响提供新的方法。     

B超在含沙量及其垂线分布测量中的首次应用

针对河港工模型试验中的泥沙测量与研究,借助B超仪和三维定位行走控制平台构建了一个含沙量及其垂线分布的分析与测量系统。系统利用B超成像技术获取含沙水流中悬浮沙粒的图像,针对B超图像编写含沙量分析软件,分析图像中指定区域的沙粒成像光斑面积的灰度浓度。通过率定试验,建立灰度浓度与水中实际含沙量的对应关系,并利用这种对应关系来计算待测含沙量。系统实现了较低含沙量及其垂线分布的在线同步分析与测量,具有操作简单、直观可视、实时性好、灵敏度高的特点。     

桥上测沙取样方法的试验研究

文章介绍了与桥上测流相似的桥上测沙办法，并在可靠试验数据的基础上，分析了桥上测沙方法的可行性。得出：桥上取沙实测断面平均沙量与船测断面平均含沙量具有稳定的线性相关关系，相关程度较高。表明桥上取沙用以计算断面平均含沙量是可行的。