河流古洪水沉积物的判别方法研究

古洪水沉积物的判别在不同流域缺乏统一的判定方法。在总结已有判别方法的基础上,提出一套较为完整的判别方法,即对样品进行野外特征分析、年代分析、重矿物分析、粒度分析,再利用福克公式进行判定,综合比较后确定古洪水沉积,并将其应用于某山区型河流古洪水沉积物判别中。结果表明,古洪水沉积物样品与现代洪水沉积物在重矿物组成上基本一致,但组成的含量比现代沉积物低;粒度分析中的中值粒径、分选系数和偏态系数均较为接近,粒组含量与现代洪水沉积相比较大,古洪水沉积物满足福克公式中河滩沉积物的判别标准。该方法能较好地运用于实际河流中,可为进一步完善古洪水沉积物判别体系提供借鉴。     

松花江流域泥沙颗粒分形性研究

研究流域泥沙有利于分析泥沙来源、泥沙运动及河床演变等,采取有针对性的治理措施对控制泥沙非常有利。为此,根据分形理论,通过MS2000激光粒度分析仪分析了松花江流域晨明、古城子、哈尔滨、佳木斯、南岔、铁力、延寿七个水文站泥沙粒度分布的分形性。结果表明,松花江流域7个测站泥沙粒度的分维值在2.201~2.391之间,所对应的相关系数均在0.858以上,基本保持了良好的统计自相似性,分维值与泥沙颗粒组成、传统粒度参数的相关关系基本符合经验数据。     

基于分形模糊集对分析方法的洪水分类

针对目前洪水分类方法复杂、难以实施和在分类中难以客观确定分类指标权重的问题,基于集对分析原理提出了分形模糊集对分析方法,以反映指标复杂程度的分维来刻画指标权重,同时考虑分类标准边界的模糊性,并将该方法应用于黄河支流秃尾河流域的洪水分类中。与其他分类方法的比较结果表明,分形模糊集对分析方法客观、精确、有效,分类结果符合实际情况。     

典型生物质剪切破碎生成颗粒的形状特征

借助光学显微镜和Image J图像处理软件,运用统计方法和分形理论对芦苇、稻秆、豆秸及松木4种生物质经剪切破碎后的颗粒的形状特征进行研究.结果发现:随着粒径的减小,生物质颗粒的长宽比及不同生物质颗粒长宽比之间的差异均变小.芦苇、稻秆、豆秸及松木4种生物质颗粒粒度为0.180～0.425mm时,平均长宽比分别为9.82、9.00、7.01和3.01,差异较大;粒度为0.096～0.125mm时,平均长宽比较接近,分别为2.42、2.70、2.59和2.49.4种生物质颗粒具有分形特性,在所研究的粒径范围内,分形维数处于0.8 ～0.9之间,且4种颗粒的分形维数随颗粒粒径的减小表现出减小趋势,但是松木颗粒的变化相对较小.     

秦岭山脉典型流域水系分形特征及空间分异性

将分形理论引入流域地貌形态的定量研究,利用盒维数法计算了秦岭地区22个典型流域水系分维值,分析其与流域形态和水文特征的相关性及空间分异性。结果表明,秦岭地区各流域水系在其无标度区间内呈现良好的分形特征,分维值处于1.033 5～1.079 5之间,相关系数达0.979 5以上;各流域水系分维值与流域形状系数呈正相关关系,与年径流深呈负相关关系,与河流比降呈较复杂多项式关系;秦岭山脉南北两侧水系分维值存在一定自组织相关性,尤以秦岭中部及西部地区较为显著,东部地区差异相对较大。     

分形理论在水文情势影响评价中的应用

介绍了分形理论中盒维数的定义及其理论求解方法,给出了流量过程线的分维估算方法;运用此理论研究了雅砻江锦屏二级电站猫猫滩闸址处典型年天然月平均流量和人工调节下泄的月平均流量过程线的形态特征.运用分形理论中分维数D描述流量过程线形态特征,分析了不同典型年天然和人工调节二者流量过程的特征差异,对工程建设水文情势影响评价和"生态调度"提供了有益的参考和借鉴.     

玛纳斯河肯特瓦特站年径流序列分形分析

基于分形概念及其理论,利用重标极差(R/S)分析法分析了玛纳斯河多年径流量,计算了赫斯特系数(H)值和序列的分维数,并与其理论值进行了比较检验.依据赫斯特系教的突变点及Vt的突变点,分析了年径流序列的分形特征、状态持续性及统计周期长度.结果表明,玛纳斯河年径流序列服从分形分布,具有长期的状态持续特性和18 a的统计周期长度,为本流域水资源合理规划与合理利用提供了统计参数,也为探索玛纳斯河年径流长程相关模型提供了新的思路.     

基于分形理论的粗粒土缩尺效应及强度性质研究

基于分形理论研究了同种材料不同缩尺方法和不同缩尺粒径对分形维数的影响,并通过常规三轴剪切试验建立了分形维数与抗剪强度指标的相互关系。结果表明,与原型级配的粒度分形曲线相比,不同缩尺法得到的粒度分形曲线形态有较大差异,缩尺级配的分形维数均小于原型级配的分形维数,分形维数在数值上能表征土的级配;不同缩尺法得到的峰值强度变化规律与分形维数变化规律一致,在高围压下分形维数越大,不同缩尺法之间的峰值强度差也越大;凝聚力c随着分形维数的减小而增大,而内摩擦角φ随着分形维数的〖JP2〗增大而增大,两者近似一抛物线关系,并根据拟合表达式推导出了原型级配的φ值,具有一定的工程指导意义。     

基于分形理论的华南山区大型水利枢纽洪水分期研究

洪水分期是流域水文要素形态随时间变化规律的关键指标,在防洪管理及水利工程运行调度中发挥重要作用。分形理论是现代非线性科学的一个重要分支,是对具有自相似特性几何空间数据的重要分析工具和手段。为此,运用分形理论分析了华南山区典型大型水利工程——乐昌峡枢纽所在流域水文时间序列特征,研究了该流域水文序列的季节变异规律,并与传统方法得到的分期结果进行比较。结果表明,乐昌峡枢纽前汛期为3月1日～4月10日,主汛期为4月11日～6月30日,后汛期为7月1日～9月30日,与传统方法分期结果基本一致,且结果更加客观。     

基于GAMLSS模型的滹沱河径流分析

为探究当今环境下径流序列的非一致性特征，更好地预判洪水事件的发生，以海河流域的滹沱河为例，采用GAMLSS模型，以时间、水库指标和气候指标为协变量，对滹沱河1970～2012年间的径流序列进行非一致性频率分析。结果表明，滹沱河的径流序列存在明显的非一致性特征，表现出趋势性和突变性；GAMLSS模型对变化环境下径流模拟具有良好的效果，可充分捕捉气候变化对洪水的影响，优于传统的一致性模型；大尺度气候指标NINO1+2和NAO的变化显著影响滹沱河的洪水事件，该两项气候指标值增高时带来低洪水风险，降低时带来高洪水风险。     

土体渗透变形及渗透破坏过程中分形特征初探

根据天然土体及室内配制土样颗粒分析、干密度、渗透、渗透变形试验结果,基于土体分形理论计算了土体质量分维数,土体孔隙度、不均匀系数、中值粒径、干密度、渗透系数与分维数关系密切。当分维数较大时,表示小于某粒径颗粒累积含量较少,颗分曲线越平缓,土体有粗化现象,不均匀系数及中值粒径都在增大,孔隙度减小,干密度增大。利用土体分维数可判断出土体渗透破坏形式（如管涌、流土）,土体发生渗透破坏后分维数减小,渗透破坏过程中分维数逐渐减小,并随流失颗粒粒径的增大而加速减小。     

柴河水库淤积泥沙物理特性分析

泥沙淤积是制约水库长期利用的关键问题之一,柴河水库自运行以来淤积物逐年增加,对此,采用声波钻机对库区典型断面展开现场取样,对取出的淤积泥沙样品开展土工试验。结果表明,库区表层淤积物干重度、粗沙含量沿程递减;泥沙干重度与粗颗粒泥沙含量随淤积厚度的增加而增大;库区淤积物干重度随泥沙粒径增大而增大;粒径为0.075~0.250mm之间的单颗粒泥沙沉速范围为6.281~30.026mm/s。计算单颗粒泥沙沉速时,泥沙粒径0.200mm时宜采用张瑞瑾公式,粒径接近0.100mm时宜采用艾益龄公式。研究成果可为水库淤积分析计算、泥沙运动数值模拟及物理模拟研究提供参考。     

矿物质在煤粉中的分布规律

对不同粒度煤粉中的矿物质分布特征研究表明,矿物质含量随煤粉粒度的增大而增多,单体矿物颗粒含量则正好相反,这一关系可以用mi=k(di)^D-D1来描述,其中,D为煤粉的粒度分布分形维数,D1为煤粉中矿物质的粒度分布分形维数。这一关系式表明,可以根据煤粉及矿物质的粒度分布特征预计不同粒度煤粉中的矿物质含量。     

珠江磨刀门河口悬沙絮团特性及其影响因素研究

基于2013年洪季磨刀门河口拦门沙固定悬沙絮凝观测和同步水文泥沙、波浪实测数据,分析了细颗粒泥沙絮凝发育特征,探讨了细颗粒泥沙絮凝发育影响因素。结果表明,磨刀门河口悬沙絮团体积浓度存在垂向差异,表层较低,底层较高;絮团体积浓度小潮体积浓度大于大潮;絮团粒径垂向分布呈表、底层小,中层大的特点;流速与絮团粒径的关系存在大小潮差异,大絮团出现在低流速情况下,随着流速增大,特别是当流速大于0.6m/s时,难以形成较大的絮团,絮团粒径随着流速的增大而减小;磨刀门含沙量较低,远低于临界含沙量,含沙量对絮团的形成影响较小;河口盐度可能超过了最佳絮凝盐度,盐度对絮凝的影响不大;波浪对悬沙絮凝的影响体现在水体的扰动,适当的紊动可促进絮团的发育,但强烈的紊动则阻碍絮团的进一步发育,当有效波高大于0.43m时,絮团粒径与有效波高存在明显的负相关关系。研究结果有助于加深对复杂动力条件下珠江河口泥沙运动特性及物质输运过程的认识。     

Evolution of the nanostructure, fractal dimension and size of in-cylinder soot during diesel combustion process

The nanostructure, fractal dimension and size of in-cylinder soot during diesel combustion process have been investigated for a heavy-duty direct injection diesel engine, using a total cylinder sampling system followed by high-resolution transmission electron microscopy and Raman scattering spectrometry. Different structural organizations of in-cylinder soot are found depending upon the combustion phase. It is revealed that both the fringe tortuosity and separation distance decrease as combustion proceeds, while the mean fringe length increases distinctly from 1.00 to 2.13 nm, indicating the soot evolution toward a more graphitic structure during the combustion process. The fractal dimensions of aggregates are in a range of 1.20–1.74 at various crank angles under the applied engine operating conditions. As temperature and pressure increase, the fractal dimension decreases significantly to a minimum at the early diffusion combustion stage. The soot particles become more compact again as the fractal dimension increases during the subsequent combustion period. Primary particle sizes start small, go through a maximum in the early diffusion combustion phase and decline again as combustion proceeds.     

不同时间步长对淮河上游次洪产沙模拟的影响

为分析时间步长对次洪产沙模拟的影响,以淮河上游大坡岭水文站以上流域为研究区域,选取2001~2010年具有代表性的10场次洪降雨、径流和含沙量等资料,分别以0.5、1h为时间步长,利用泥沙负荷模型模拟计算了10场次洪产沙过程。结果表明,泥沙负荷模型的9个参数中参数b5、b6、b8随时间步长的变化而变化,且步长变化对b5、b8的影响最大;以沙峰相对误差、确定性系数和峰现时差三个指标综合衡量,时间步长为0.5h的模拟精度总体上高于时间步长为1h的模拟精度。研究成果可为淮河流域及湿润半湿润地区土壤侵蚀模拟提供参考。     

华中粉砂岩粗粒土粒径级配分形特性研究

研究不同应力状态下颗粒粒径级配演化规律是分析土体应力状态、评价其工后变形的关键。基于质量-粒径分形模型从分形角度阐述了粗粒土粒径级配曲线探究依据,设计了5种不同分形维数的粒径级配,分析了土体颗粒空间分布特性;通过三轴剪切试验及颗粒筛分试验,探究了不同分形维数粗粒土偏应力峰值前后应力应变曲线性态分布及剪应力峰值、内摩擦角、分形维数因子等参数变化规律。结果表明,土体粒径范围随分形维数越大而更宽泛;应力应变曲线随分形维数及围压增大而存在应变软化向应变硬化过渡的趋势,偏应力峰值随分形维数增加而增大,内摩擦角呈先减小后增大的变化规律。粗粒土分形维数变化因子与相对围压呈线性函数关系,方程斜率及截距仍与相对围压呈线性函数关系,据此建立了考虑围压及初始分形维数的经验方程,为从分形角度来设计与优化粗粒土粒径级配而达到提高其力学强度等提供了参考依据。     

某水库泄洪排沙洞水力特性及排沙效果研究

针对某水库引水发电洞前泥沙淤积的问题,在某引水发电洞附近新增泄洪排沙长隧洞,通过水工模型试验研究了不同工况下排沙洞的水力特性(沿程压力、流速、流量、流量系数、空穴数等),并对比试验值与设计值,验证了排沙隧洞设计的合理性。以塑料沙为模型沙,通过河工模型试验,确定了冲沙漏斗的大小,比选了排沙方案,给出了排沙洞洞口布置的合理位置,使发电洞达到"门前清"的效果。研究成果为类似工程提供参考。