非均匀卵石推移质分组输沙率水槽试验资料初步分析

本文针对我国西南、西北地区的卵石河床、颗粒组成范围大、粗细悬殊、很不均匀的特点,用水槽模拟天然河道卵石推移质输移,直接回答了生产问题,同时也积累了大量的试验资料.分析有代表性的推移质输沙公式,找出影响泥沙输移的主要物理量,组成无因次参数用多无回归分析,建立输沙强度与无因次参考的相关关系,给出了适合于床沙部分可动,部分不动条件下非均匀卵石推移质分组输沙率公式.并拟定了计算分组输沙率的使用程序.     

均匀流条件下沙卵双峰型推移质输移特性试验研究

根据长江上游宽级配不连续床沙结构,概化为沙卵双峰泥沙。通过推移质输移特性水槽试验,体现了沙粒和卵粒的相互隐暴作用。对比分析了采用王兴奎公式和孙志林非均匀沙分级输沙率公式计算沙卵双峰泥沙输沙率的方法。在王兴奎公式的基础上引入考虑隐暴系数的水流参数来计算沙卵双峰泥沙输沙率,通过误差对比分析说明修正后的王兴奎公式计算结果与实验数据更加吻合。     

双峰型非均匀沙粗细颗粒相互作用对推移质输移的影响

为研究粗细颗粒间相互作用对非均匀沙输移的影响,采用推移质动态采集、图像识别和多普勒测速技术,实现了瞬时输沙量、颗粒组成与近壁脉动流速的实时同步监测。针对双峰型非均匀沙进行了211组推移质系列水槽试验,分析表明:推移质输移量与粗沙拣选度的随机波动与紊动猝发引起的流速脉动具有响应关系;推移质中细粒基本保持持续输移,而粗粒输移则具阵发性,并遵循促发、触发与失怙3种模式;颗粒组成结构对3种模式的实施过程有重要影响;它制约着泥沙中细粒对粗粒的激励、碰撞和解怙强度,使得推移质总沙、细沙和粗沙输移率随床沙组成的改变各自呈现出不同的变化规律;水流强度一定时,随床沙粗细比的减小,输沙率呈驼峰型曲线变化;只有适宜的粗细颗粒搭配(ηc)才能使非均匀推移质输沙率达到峰值,且大于该床沙组成中任一均匀沙的输沙率。     

减速流条件下卵砾石输移规律初步研究

实测资料显示,长江三峡水库变动回水区末端段床沙质以卵砾石夹沙为主,消落期出现的碍航特性主要由卵砾石推移质运动造成,对三峡库尾段航运造成很大影响,有必要对库尾水流条件下的卵石输移规律进行研究。库尾水流通常是非均匀减速流,目前对非均匀流的研究多把局部近似为均匀流。通过库尾非均匀流减速流的卵砾石输移水槽试验,观测减速流卵砾石运动输移过程,并确定非均匀系数对卵砾石输沙强度的影响,再与已有推移质公式对比,根据已有相近的输沙强度公式结构形式,结合水槽试验结果,拟合得出含有非均匀系数的适合于减速流态下的卵砾石输移的输沙强度公式,并通过计算值与实测值的对比验证公式的合理性。     

水库下游冲刷的数值模拟──模型的检验

文献（１）建立了水库了游冲刷的一维数学模型，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。本文利用系统的水槽试验资料及汉江丹江口水库水游，长江葛洲坝下游冲刷资料对文献（１）提出的模型进行了全面检验，检验结果表明，计算的冲淤量及沿横断面分布，出口断面含沙量过程，推移质输沙率，各河段床沙粗化过程及水位过程均与实测资料吻合较好。     

非均匀沙推移质输沙率及其级配计算

本文根据水流功率理论,导出了非均匀沙推移质输沙率公式,并考虑了床沙运动的随机性及床面粗化对输沙率的影响;提出了推移质级配计算的公式。由非均匀推移质输沙率及其级配计算公式的计算值与作者、Samaga、Gilbert试验值及长江新厂(二)站、美国东汊河实测值吻合较好,并且能够用于均匀沙的推移质输沙率计算,具有广泛的通用性。     

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。     

非均匀推移质瞬时输沙率试验研究

推移质输沙率是泥沙运动力学的重要内容。目前,推移质输沙率的研究大多集中于时均输沙率,对瞬时输沙率的研究则相对较少。首先,介绍了Ballio提出的均匀沙瞬时输沙率的计算方法,对其进行推导得到非均匀沙瞬时输沙率计算公式;其次,通过非均匀沙水槽试验中得到不同颗粒泥沙的瞬时运动速度,代入改进的Ballio输沙率公式中,计算得到瞬时输沙率;然后,采用定义方法计算瞬时推移质输沙率,并与Ballio方法进行比较,结果表明两种方法得到的推移质瞬时输沙率较为接近,说明采用改进的Ballio方法计算非均匀推移质瞬时输沙率是可行的。同时,通过大量试验,揭示了非均匀推移质瞬时输沙率在时间上不稳定性、在空间上不均匀性以及运动过程中间歇性等特性。     

典型非均匀推移质输沙率公式适用性比较

基于等中值粒径的“单、双峰型级配”推移质输沙试验以及“驼峰”输沙率试验数据,选择Einstein、吴伟明、Wilcock和吴保生等4种典型非均匀推移质输沙率公式计算“单、双峰型级配”推移质输沙率,将两种级配的输沙率比值及曲线形态与试验成果对比分析。结果表明：吴伟明公式在反映“单、双峰型级配”推移质输沙差异上表现最好,这4种公式均无法反映“驼峰”输沙率现象。基于多参数考虑的Patel公式较这4种公式能更好地反映上述两种现象。充分考虑床沙级配对分组沙起动切应力和输沙有效Shields数的影响,是提高非均匀推移质输沙率公式精度和适用性的关键。     

泥沙颗粒床面暴露度的理论分析及应用

床面泥沙暴露度是影响床面泥沙起动和输移的重要因素之一,目前在理论层面如何合理描述其影响尚未形成清晰的认识。本文在已有研究的基础上,针对非均匀沙,提出了新的暴露度计算公式,建立了床面泥沙暴露度与泥沙粒径之间的函数关系。基于该公式,推导得到了包涵暴露度影响的单颗粒滚动和跃移运动参数的理论表达式,通过与跃移距离和跃移高度的实测数据对比发现,计算值能够与实测值相吻合。为了进一步验证公式的正确性,在运动参数的基础上,推导得到了推移质输沙率公式,计算了均匀沙输沙率、非均匀沙分组输沙率和总输沙率。通过与实测数据的对比发现,计算值与实测值之间的相对误差均在可接受范围内。同时,计算结果表明,在相同的水流条件下,不同暴露度下的分组输沙率可以相差十几倍,由此说明了床面泥沙暴露度对非均匀沙输移的影响十分显著。     

泥沙起动规律初探

非均匀沙运动规律与均匀沙明显不同。故从非均匀沙起动的特点出发 ,阐述了其运动机理 ,采用滚动起动模式。通过对附加质量力的概念及表达式和相对暴露度参数的引入 ,推得了非均匀沙起动公式。并用实测资料进行了验证 ,同其它学者们的公式相比较为合理。作为特例得到了均匀沙的起动公式 ,该系数包含了其它公式。说明本文公式基本能反映非均匀沙的起动特性     

卷首语

正人才是科技事业发展的根本。中国水科院一直十分重视人才队伍建设,特别是"十三五"期间,实施人才强院战略,首次推行"五大人才"计划,即在全院实施创新领军人才和创新团队建设计划、三型人才培育计划(基础研究型、技术研发型、产品开发型)、新人助推计划、高层次人才引进计划、国际复合型人才培养计划。通过连续五年的稳定支持和人才分类评价,科研人员创新活力不断增强、优秀人才不断涌现,取得了丰硕的创新成果。     

泥沙输移矢量式及其应用

本文基于Parker等人泥沙输移矢量式的分析和研究，增加了上举力的作用，并考虑了泥沙颗粒受力非平衡条件，采用牛顿力学的矢量分析法，推导了泥沙输移的通用矢量式。经对公式简化，且用Ikeda和笔者试验资料的验证，证明计算值与试验值吻合较好。     

基于床面层能量平衡关系的推移质输沙率计算式

基于床面层内的水流能量关系,推导了推移质输沙率与床面层内有效水流功率的关系式.实测资料表明,推移质输沙率与床面层内有效水流功率有良好的相关性,且高于推移质输沙率与水流功率的相关性.经2 800组试验资料与天然河流资料的检验表明,该关系式的适应性良好,计算精度较高,并优于同类型的基于水流功率的推移质输沙率公式.     

不连续宽级配床沙推移质输沙率特性试验分析

通过水槽试验对不连续宽级配床沙的推移质输沙率进行试验研究.深入分析、探讨了不同水流强度及不同床沙组成对连续与不连续宽级配床沙输沙率的影响.在已有研究成果的基础上,构造了考虑床沙不均匀性的相对水流强度表达式,着重研究了相对水流强度与推移质输沙率函数的关系.利用试验资料对提出的表达式进行回归分析,确定了有关参数.最终确定的...     

Study of bedload transport in backwater flow

This paper studies the flow structure and the bedload transport regime in backwater flows, to provide a theoretical support for solving the sediment transport and bed scour problems in rivers or reservoirs with backwater. The bedload transport rates under different conditions are analyzed first on the basis of theoretical analysis, measurement comparison and flume experiment, and it is pointed out that the existing formulas for the bedload transport rate are not applicable for the bedload transport rate in backwater flows. Next, the flow structure in a non-uniform flow is observed by flume experiments, and by introducing the backwater degree index, the quantitative relation between the relative bed shear stress and the backwater degree is obtained. Finally, the formula for the bedload transport rate applicable for the reservoir channel segment with backwater flows is obtained through measurements and flume experiments.     

冲泻区形态动力学耦合模型研究Ⅰ:分段输沙率公式建立

海岸泥沙运动的床面推移质输沙率公式多采用修正的单向流泥沙输运的计算公式,难以描述近岸带往复急变非恒定流作用下冲泻区床面泥沙运动规律及其力学机理。本文在总结分析3家冲泻区泥沙运动希尔兹参数修正公式的基础上,对比分析垂向流速、岸坡、渗流等因素对岸滩形态改变的影响,提出符合冲泻区水沙动力特征的瞬时希尔兹参数修正公式,确定了公式所含参数的计算方法,建立了表征冲泻区泥沙运动的推移质分段输沙率公式,并基于理论分析设计水槽实验对公式参数进行计算,拟合得到的分段参数L表征量位于低冲泻区和中冲泻区的衔接处。结果显示,分段进行冲泻区推移质输沙率的计算是可行的,为后续岸滩形态动力学模型的建立奠定了基础。