粗化床面非均匀沙推移质运动扩散特性研究

对泥沙颗粒运动规律的把握是准确估算推移质输沙率的基础。本文开展了粗化床面条件下的水槽试验，分析了非均匀沙颗粒的均方位移和速度自相关系数变化，并与已有均匀沙试验进行了对比。结果表明，粗化床面存在着由单个或多个粗颗粒组成的粗化结构体，形成比平整床面更复杂的底部边界，粗化结构体对泥沙颗粒运动造成较大影响，颗粒在运动过程中与水流动量交换强度大，泥沙颗粒运动与均匀沙试验“类弹道扩散”存在一定差异；受床面结构影响，部分颗粒表现出较强的横向运动，颗粒的横向扩散特性与流向扩散特性类似。与均匀沙平整床面不同，粗化床面上颗粒运动可能会相应改变床面结构，从而改变水流底部边界条件，进而对泥沙颗粒运动造成影响，泥沙颗粒运动存在较明显的记忆效应和反常扩散现象。     

图像处理技术在推移质运动颗粒参数提取中的应用

非均匀推移质颗粒运动规律一直是泥沙研究领域的难点,提取非均匀推移质颗粒的参数信息则是推进该难点研究的基础性工作。通过进行粗化床面非均匀沙水槽试验,拍摄了大量的泥沙颗粒运动视频,选取其中部分视频进行处理和研究:先通过图像转换软件将拍摄的视频转化为图片;然后利用图像处理技术对泥沙颗粒运动图像的空间变化特征进行识别,对转化后的图片进行畸形矫正和背景除噪;最后通过选取合理阈值将图片上泥沙颗粒提取出来,并计算泥沙颗粒粒径、体积等相关参数信息。研究成果可为获取推移质颗粒输沙运动基本信息提供基础,为非均匀推移质输沙机理研究提供更科学、完善、可靠的数据。     

山区河流推移质运动的野外试验研究

山区河流推移质运动与河床结构发育程度之间紧密联系,认识这种联系有助于揭示山区河流的推移质输沙规律。通过专门设计制作的推移质运动观测-视频采集系统和河床结构发育程度测量装置,对河床结构发育良好、部分发育及无河床结构(平整床面)三种典型床面条件的山区河流推移质颗粒运动进行了观测分析,并初步研究了推移质运动和河床结构发育程度的制约关系。试验发现,河床结构发育良好时,推移质输沙率很低,推移质输沙主要通过跃移运动实现;河床结构部分发育时,颗粒跃移强度上升,并逐渐有颗粒突破结构束缚,在床面滚动(间或滑动);无河床结构条件下,滚动(间或滑动)和跃移输沙均为推移质输沙的重要方式;如果水沙浓度达到一定值,可能发生层移质运动,滚动(滑动)输沙超越跃移输沙成为推移质输沙的主要方式。宏观上看,山区河流推移质输沙和河床结构发育程度之间相互制约。对同一河段,当水流功率不变时,推移质输沙率和河床结构发育程度之间在对数坐标下基本呈线性负相关关系。     

床面上短圆柱体局部冲刷三维数值模拟

床面上短柱体局部冲刷的机理复杂,运用三维有限体积法,对其局部冲刷情况进行了模拟.采用k-ε紊流数值模型,计算柱体周围的紊动流场,利用经验公式计算该时刻的推移质输沙率,运用动网格技术,处理床面地形随时间的变化.推移质计算充分考虑了床面坡度和流向对推移质输沙率和临界起动剪切力的综合影响.改进沙滑模型,修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成模拟的失真,同时克服数值计算的不稳定性.计算结果和水槽试验资料对比分析,二者符合较好.该模型可以用于海底结构物如桥墩、管道、丁坝等的局部冲刷的数值模拟计算.     

清水冲刷不连续宽级配床面阻力特性及输沙规律试验研究(Ⅱ)——输沙规律

以天然河床中广泛存在的不连续宽级配床沙为例,开展了清水冲刷水槽试验研究。通过水槽试验对清水冲刷不连续宽级配床面推移质输沙率衰减规律、推移质级配及推移质输沙率的计算进行了分析与探讨,得到了清水冲刷不连续宽级配床面的一系列输沙规律,揭示了不连续宽级配床面与连续宽级配床面输沙规律的联系,为进一步认识不连续宽级配床沙提供了基础。     

水库下游冲刷的数值模拟—模型的构造

由于水库下游冲刷过程中悬移质与推移质、推移质与河床质、河床质与悬移质交换机理及床沙粗化机理的复杂性,使得研究水库下游冲刷数学模型的难度较大。 为了研究水库下游冲刷、河床演变问题及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响,本文建立了一维全沙数学模型,模型考虑了非均匀悬移质不饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。文中考虑了冲刷过程中挟沙能力的沿程调整,挟沙能力包括以下三个方面,即悬移质中细颗粒部分从累计效果看不参予与床沙交换(冲泻质),这部分泥沙全部计入挟沙能力;悬移质的粗颗粒部分落淤到床面与床沙交换后部分地计入挟沙能力;床沙中可悬浮部分从床面冲起后部分地计入挟沙能力。非均匀沙推移质输沙率公式考虑了床沙运动的随机性及床沙粗化对输沙率的影响。床沙级配的调整采用CARICHAR混合层模型。对计算中经常遇到的关键性问题提出了处理方法。     

基于ADCP的长江口感潮河段床面稳定性分析

利用双频声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对长江口潮区界内的崇文洲河段、潮流界内的南通河段以及长江口拦门沙区域北港下段进行了推移质运动观测。基于河床沉积物粒度数据、流速和水位资料,结合经典床面稳定性系数计算方法,对感潮河段的潮区界、潮流界以及口门段的稳定性进行了对比分析,提出了以推移质运动评价河床稳定性的新方法。研究成果表明:长江河口潮区界至潮流界再至长江口拦门沙区域,推移质运动速度沿程呈现增大的趋势。长江感潮河段的河床稳定性系数沿程逐渐降低。基于ADCP测量的推移质运动计算结果与床面稳定性系数计算结果较吻合,为床面稳定性分析拓展了新思路。     

非均匀推移质运动参数提取

推移质运动机理复杂,准确提取推移质颗粒运动参数为推移质运动的微观理论研究提供基础。本文以水槽试验拍摄的视频为基础资料,通过一定方法对其做一系列的处理,将视频中运动推移质颗粒标记出来,得到推移质颗粒的位置坐标,文中给出了由原始视频到提取出推移质颗粒位置坐标的详细过程:通过编程等手段计算出推移质颗粒的一些运动参数,如粒径,运动位移,运动速度,运动和静止时间,对提取结果进行展示,并给出这些参数随时间的变化过程。     

基于图像识别的床面推移质分布密度检测方法

为研究非均匀推移质的输移特性,开发了由影像采集系统和图像识别软件处理系统组成的床面运动颗粒分布密度及组成检测系统。该系统采用非接触式影像采集方式,运用图像识别技术提取颗粒特征值,对水沙运动零干扰。图像识别软件采用中值滤波及卷积处理等方法进行图像增强,采用自适应阈值技术分割图像。推移质低强度输移时,图像识别精度较高;推移质输移强度较高时,识别精度可通过修正系数进行修正。同时,还可以通过图像识别获取床面推移质的级配组成。水槽试验与检测对比结果表明:该检测系统具有较高的识别可靠性。     

颗粒非均匀性对推移质输移影响的试验研究

非均匀推移质运动是一个复杂的物理过程,输移量的确定、关键影响因子的辨识、内在作用机理的把握等基本规律的研究尚不充分。基于此,本文开展了系列精细水槽试验,结合高速摄像、图像识别技术,获取了非均匀推移质输移、颗粒拣选度变化等过程的动态监测数据。引入非均匀泥沙粗细比η,反映床面粗糙度、黏性底层与床面泥沙特性在内的综合水流强度函数Ψb,特征傅氏数Frb等参数,采用量纲分析与数值拟合相结合的方式,研究了不同粗细比的非均匀推移质输移规律。分析表明颗粒的非均匀性是影响推移质输移的关键因子,对粗颗粒输移量及全沙输移强度影响至关重要;推移质输移率与颗粒粗细比、水流强度呈紧密依存关系。     

天然河流沙质河床上器测推移质输沙率含义的商榷

作者基于天然河流沙质河床上的推移质和悬移质两类运动形式的泥沙,不存在一个能够截然划分的界面,认为在沙质河床上利用推移质采样器实测的推移质输沙率,其组成不都是推移质泥沙,其中尚包括悬移质中的床沙质泥沙。为此,本文分析了长江中游干流宜昌和汉口水文站河段利用推移质采样器实测的推移质输沙率和与之相应测次的、按测时水沙条件计算的临底流层内悬移质中床沙质泥沙输沙率的相关关系,论证了沙质河床上器测推移质输沙率中推移质泥沙和悬移质中床沙质泥沙组成的机理。     

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。     

永定河军庄-三家店河段整治方案的试验研究

通过物理模型试验分析军庄-三家店河段的水流、泥沙运动，研究河床演变规律。定床试验给出了分汉河道的分流比及分流点，不同频率洪水的水位、流速、流态、流势。动床试验分析遭遇20年、50年洪水河道的冲淤演变规律，为该河段的河道整治提出相应的建议。     

厌氧颗粒污泥悬浮床反应器的研究与应用

提出厌氧复合循环颗粒污泥悬浮床反应器的新型反应器理论.通过引入分级三相分离器,使悬浮床反应器上部处理区液体和沼气的上升速度大大降低,创造了污泥颗粒沉降的良好环境.底部利用高负荷产生的沼气形成内循环,同时设置外回流系统,内、外循环实现了进水与颗粒污泥间的充分接触及保持了良好的反应条件,创造了大幅度提高CODCr容积负荷的条件.对反应器的启动、运行和在不同负荷条件下的去除效果和悬浮流态进行了研究.研究表明,厌氧颗粒污泥悬浮床反应器处理淀粉废水,可在负荷30～40 kg CODCr/(m3·d)条件下稳定运行,最高负荷达57.2kgCODCr/(m3·d),平均CODCr去除率可达90%.     

山西省部分河流推移质输沙量的研究

山西是水土流失比较严重的地区，河流含沙量一般较大，对推移质泥沙的估算，目前还没有比较理想的方法，本文通过对水文站和水库大量系列实测资料进行分析，运用沙量平衡原理分析，提出了山西不同河流推移质的计算参数。     

水下贴底射流及其对淤泥质床面冲刷实验研究

本文对水下圆截面贴底射流所产生的流速场及其对周围淤泥质床面的冲刷作用进行了实验研究，通过定床和动床两个系列的射流实验，给出了计算定床条件下床面流速分布和动床条件下射流临界冲届摩阻流速和冲届坑尺度的经验公式。     

清河闸水工模型试验研究

本文进行了清河闸应急除险加固工程水工模型试验的研究,通过33组次的定床、动床模型实验,测量了特征流量下包括水面线、流速大小及分布、压力大小及分布和冲刷范围及深度等在内的水力要素,验证了清河闸的泄流能力,评价分析了各种泄流条件下泄流量对下游海漫及防冲槽的影响。实验成果可供工程设计和水闸运行管理等相关部门参考。     

黎河整治动床物理模型试验研究

引滦入津利用黎河输水，改变了黎河天然的水沙条件，河床发生了明显的冲淤变化。为探讨输水运用后河道演变规律、河道抵御洪水能力以及河道治理措施等内容，进行了黎河整治动床物理模型试验研究。     

水库淤积平衡坡降的分析

 根据冲积性河道和水库淤积后稳定河床形态的形成原理基本相似的规律，通过大量冲积性河道及水库等实测资料，对平衡坡降进行了分析研究，提出了比较简便的、符合实际的平衡坡降计算公式。     

长江中游沙卵石-沙质河床过渡带冲刷趋势研究

通过30余年特别是三峡水库蓄水以来水文、地形、地质等实测资料的系统收集，对长江中游枝城-陈家湾沙卵石-沙质河床过渡带冲刷特性和发展趋势开展分析，其结果表明：虽然河段内自上而下呈现出卵石逐渐减少而沙质比例逐渐增多的渐变特点，但以昌门溪~马家店一带为界，上下游的洲滩组成、深泓形态、河床冲淤、水位下降等方面存在突变现象。在三峡水库蓄水后的冲刷过程中，虽然全河段内均出现了汊道冲刷、枯期河槽扩大的现象，但可以预计的是，河段内河势不会发生大的变化，而昌门溪以下河段难以抵御水位下降的溯源传递，马家店以上在枯水期将出现比现状更为严重的坡陡、流急、水浅现象。