沙质河床推移质输沙率计算研究

沙质河床推移质输沙计算无论在河流动力学的基本理论研究,还是在工程应用方面都有重要意义。本文回顾了前人主要研究成果,认为因推移质输沙率测验精度低而使现有公式多不适用于典型沙质河床,故在阐明推移质与悬移质泥沙交换运动机理基础上,借助因测验精度较高而在学科研究较成熟的悬移质含沙量垂线分布公式,通过向河底外延推求出推移质泥沙输沙率,并充分考虑泥沙粒径、水流强度及水力摩阻特性对沙质推移质输沙厚度的影响,得到了物理概念清晰、形式较为简明的沙质推移质输沙率公式。通过黄河细沙河床实测资料验证结果表明,本文建立的公式比前人推移质输沙率公式具有较高计算精度,可以应用到推移质输沙率测验精度不能保证的沙质河段的河床变形计算。     

推移质中的几个理论问题研究

研究推移质中泥沙起动的起动标准、颗粒在床面位置、细颗粒的成因起动等问题,非均匀沙输沙率规律中的研究内容、目前研究的三个方面、推移质不平衡输沙问题,卵石推移质移动速度问题,推悬比对推移质淤积的影响,悬移质向推移质的转化,卵石河床上沙质推移质估计以及沙质河床推移质估计等七个理论问题.     

局部冲刷坑发展过程的泥沙输运特性

为揭示水流作用下沙质河床结构物周围床面冲刷过程中的泥沙输运特性,采用三维紊流、考虑推移质和悬移质运动的河床变形数值模拟,研究了清水冲刷和动床冲刷条件下,墩柱型结构物局部冲刷过程中悬移质和推移质泥沙输运贡献及其与马蹄涡流特征量、床面切应力以及泥沙悬浮指数的相关性。研究发现,清水冲刷条件下,悬移质输运占比较小,推移质泥沙输运占优;动床冲刷条件下,悬移质输运的贡献随悬浮指数的减小迅速增大;冲刷过程中悬移质和推移质输沙率与床面切应力变化趋势一致,结构物周围局部切应力的大小与马蹄涡涡量呈正相关关系。     

冲积河流沙质河床推移质级配分布规律

推移质级配是进行推移质输沙率、河床冲淤等计算模拟的重要条件。本文从分析沙质河床近壁紊动源区内泥沙运动临界图景入手,运用瞬时动量对撞平衡原理得到推移质泥沙临界运动条件,并基于垂向瞬时紊动速度所具有的高斯分布规律,求解随机方程,建立了理论性较强的沙质河床推移质颗粒级配计算公式。黄河与长江的实测资料检验结果表明,本文提出的公式能同天然沙质河床推移质实测资料符合,因而对于确定冲积河流沙质河床推移质泥沙级配具有重要的理论意义和实用价值。     

黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征

泥沙在水与河床演变中起到纽带作用,因粒径不同,其运动形态、运动规律以及对河床的作用等不尽相同。因此,研究河床演变就不能轻视泥沙的运动特性,尤其是黄河内蒙河段这种水沙异源的河道。根据实测和实际钻探采样资料,分析了该河段悬移质和河床质的泥沙组成。并以此为基础,从起动扬动、悬浮高度、挟沙能力等角度探讨了主要粒径泥沙在一定水流条件下的运动形态与规律。通过能量和功率方程求得黄河内蒙河段的推移质输沙率。结果表明,内蒙河段悬移质基本上由粒径小于0.080 mm的泥沙组成,而河床质主要粒径为0.100~0.500 mm,其中粒径为0.100~0.250 mm的泥沙活跃于冲淤过程。推移质输沙率的分析表明,来自黄河内蒙古河段上部的粗颗粒泥沙不易被水流长距离挟带,大部分淤积在三湖河口上游。     

浑水推移质分组输沙研究

天然河流的泥沙输移大多在浑水条件下进行,浑水条件与清水条件下的输沙机理存在一定差异。基于近底泥沙交换三状态随机-力学模式,考虑了床沙与推移质向悬移质的净交换,引入扬动概率,建立了浑水中非均匀推移质分级输沙率公式,进而导出总输沙率及推移质级配的计算式。浑水条件下进行的推移质输移水槽试验和野外实测资料验证了该理论公式的合理性与可靠性,并发现浑水条件下推移质级配可能粗于原始床沙级配。研究结果表明:在浑水中,以悬移质形式存在的砂质泥沙含量对有效估算推移质输沙率有着不容忽视的影响。在某粒级运动泥沙总量不变的前提下,由于一部分沙粒悬浮于水体中,将使得推移质数量相对减少。     

三峡水库推移质数量分析及淤积研究

首先在引进三峡水库实测推移质数量后,针对采样器效率较低、测量精度较逊而引起的质疑,从推移质运动机理和有关理论成果,论述证明了实测数值是基本可靠的.接着提出了考虑因素较为全面的非均匀输沙率公式,并且对朱沱、寸滩两水文站实测资料进行了验证和对比,两者的符合,说明了公式的可靠性,也提供了卵石推移质数量的一个旁证.继而引进了推悬比理论关系,阐述了在卵石河床上沙质推移质很少的机理,同时计算了寸滩水文站沙质推移质数量,结果与实测值颇为相近.最后估算和分析了推移质的淤积部位,从宏观上指出了其影响.     

中国和美国的推移质泥沙采样器野外比测试验

中国和美国已研制出多种推移质采样器 ,用以在变化范围很大的水流、泥沙条件下采样。由于采样器的设计原理不同和缺乏现场比测资料 ,这些采样器采样结果的可比性不明确。本文给出了五种采样器的输沙率及其它性能的现场比测结果。这五种采样器包括美国地质调查局设计的刚性框架的赫尔—斯密斯采样器 (以下称HS -1型 )和它的加大型 (以下称HS -1a型 )、沱特尔河TR -2型采样器以及中国长江水利委员会 (长江委 )研制的Y78-1型刚性框架采样器和Y80 -2型软底网式采样器。在美国各采样点比测HS -1型采样器的输沙率为Y78-1型的 3.0倍 ,而在中国比测的仅为 1 .2倍。两国比测点上流速和推移质粒度的明显差别可能是导致这一差异的原因 ,两国在采样技术和比测方法方面的差别也稍有影响。在中国的比测 ,HS -1a型测定的输沙率平均为Y80 -2型的 4.4倍 ,TR -2型测定的输沙率平均为Y80 -2型的 2 .2倍。比测过程中取得的经验有助于增加对推移质采样器设计特性的理解 ,并强调了使用不同设计的采样器来测定沙粒或较大的砾卵石泥沙的推移质输沙率是必要的。     

粉沙质海岸泥沙特性实验研究

本研究根据泥沙性质，提出了滩面泥沙中值粒径介于０．０３ｍｍ￣０．１２ｍｍ的海岩为粉沙质海岸，并对其泥沙特性进行了实验研究。结果表明，粉沙质海岸泥沙特性除了与中值料径有关外，还与级配有关。当泥沙中粘性细颗粒物质含量较高时，其整体体现淤泥质泥沙特性，当泥沙中粘性细颗粒物质含量较低时，整体体现散粒体泥沙特性，其运移形态前者是以悬移质运动为主，后者地既有悬移质运动又有推移质运动。对于推移质输沙，其输沙率不     

三峡水库下游荆江河段推移质输沙率计算方法分析

根据荆江沙市水文站与监利水文站共380组次推移质输沙率与断面水力要素的实测资料,分析了推移质泥沙的输移特性,建立了推移质输沙率与流量之间的关系式,并利用实测资料对Engelund-Hansen和Einstein推移质输沙率公式进行了检验与修正。研究结果表明:荆江河段沙市站与监利站的实测推移质泥沙年输移量位于137~388万t之间,主要发生在汛期的5-10月,约占全年的75%,而且沙市站断面的年均输沙量小于监利站;推移质输沙率与流量的1.3511次方成正比,呈显著相关。Engelund-Hansen与Einstein公式直接用于计算荆江河段推移质输沙率均存在系统偏差,修正后的公式与实测资料吻合较好,呈高度相关,其中Einstein的修正公式相关度更高。研究成果可用于荆江河段推移质输沙量的计算与河床演变分析。     

赣江中下游河道床沙分析

本文通过赣江中下游河道普遍的床沙取样和实地调查,对河床组成、地貌形态及其与泥沙运动的关系进行了分析,指出了推移质运动在赣江江心洲分汊河道形成中的重要性,对研究分汊河道成因有一定的参考作用。     

条件概率在推悬比统计分析中的应用

本文依据概率论原理，通过建立条件频率曲线的方法，论证推悬比的频率曲线，即悬移质发生的条件，相应推移有条件频率曲线。以长江新厂站实测资料例，对如何建立频率的曲线的工作程序，方法、图表等，作了详细说明，为泥沙工程中确定推移量、延长推移质系列、改进泥沙测验布局，提供了一个新方法。     

蒋家沟流域非泥石流活动期的输沙特征

实测2008—2009年间蒋家沟非泥石流时期推移质和悬移质的总量,分析非泥石流时期蒋家沟的输沙特征,结果表明:非泥石流活动期推移质含量极大,年输沙量达3.6万t,相当于一次中等规模泥石流的固体物质总量;泥石流对推移质和悬移质含量影响很大,泥石流之后,河道内悬移质和推移质含量呈衰减趋势,其中悬移质呈负幂指数衰减y=y0exp(-bx),推移质衰减速度大于悬移质;推移质粒径范围雨季和旱季差别较大,悬移质则相对一致,悬移质和推移质粒径分布均满足对数高斯分布y=aexp(-(x-b)2/c2);悬移质具有良好的分形特征,能得到其分维值范围,并确定悬移质分形的无标度区的界限,即划分床沙质和冲泻质的临界粒径为16μm,大于和小于该粒径的颗粒组成均具有较好的分形特征。     

沙质河床清水冲刷粗化的研究

研究了沙质河床清水冲刷粗化机理，即它不是靠推移质冲刷，而主要是靠悬移质冲刷，在粗化过程中产生沙波，形成与水和条件相适应的稳定的沙波运动，建立新的平衡。据此，提出了河质河床粗化物理模式和计算方法。     

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。     

平面二维河床变形的数值模拟

为了研究河道平面二维的河床变形问题，及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响，本文给出出非均匀沙的平面二维全沙动床数学模型方程组，并考虑了移质不和饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。在求解水流泥沙运动方程时，采用控制体和只法及动边界技术，对水流速度场、悬移质浓度场及河床变形进行了数值模拟。该模型采用正交曲线网格来克服天然河道边界形状复杂、长度尺度相差悬殊以及由于水位波动引起计算边变化等等困     

珠江磨刀门河口洪季悬沙与沉积物颗粒度分布及交换过程

基于洪季磨刀门河口实测水沙观测资料和河床表层沉积物数据,通过对不同区域不同时刻悬沙浓度和粒度、沉积物粒径组成分析,运用因子分析和粒度谱等统计计算方法,重点研究近期洪季磨刀门河口及滨海水域悬沙与河床沙交换过程及其动力机制。结果表明:磨刀门河口拦门沙内河道及汊道口区域的动力以径流为主的涨落潮流流系,悬沙与河床沙交换过程较弱;拦门沙浅滩区域泥沙运动表现为"波浪掀沙,潮流输沙"特性,再悬浮泥沙平均量占实测悬沙浓度的32%;拦门沙外滨海水域悬沙组成受径流与潮汐相对强度影响显著,构成上大潮时以再悬浮泥沙为主,小潮时则以径流下泄悬沙沉积为主,而悬沙输运方向受到东南向波浪和沿岸流控制。     

宽级配推移质输移特性研究

针对宽级配卵石河道粗细颗粒泥沙的输移特点，提出一种反映粗化细化过程的特征参数－粗化细化程度的概念和计算方法，来描述河道粗化细化过程中输沙能力的不同特点，同时，在对床沙位置进行实测的基础上，把粗化过程和床沙位置特征参数联系起来，用床沙位置特征参数来反映，刻化粗化细化过程中的程度；由此而对非均匀粗细泥沙输移中粗化细化程度对输沙率的影响规律进行深入探讨，获得粗化细化程度对粗颗粒泥沙推移质输沙率影响的计算方法。