卵石夹沙河床长期清水冲刷的数学模型

采用一维稳态数学模型计算沿程水位.考虑河床组成物质沿河宽、沿深度和沿程的变化,将水流阻力分解为沙粒阻力、沙波阻力及河道形态阻力,提出了相应阻力系数的计算方法.根据垂线平均流速的横向分布,逐条垂线计算不冲粒径,以形成抗冲保护层作为控制条件,计算各条垂线处的冲刷深度,修改河床高程,并得到冲刷粗化以后的河床表层级配及断面平均粒径.对于给定的流量,求得冲刷粗化以后河道沿程的阻力系数、水位、流速及航运条件,以模拟卵石夹沙河床长期清水冲刷的情况.     

河床冲淤演变的洪水绳套曲线规律研究

在不考虑河床冲淤的洪水水位流量关系式的基础上,通过引入冲刷系数及淤积系数,将发生冲淤时的洪水水位流量关系调整为水深流量关系,分别得到了涨水冲刷、落水淤积及涨水淤积时的水深流量关系式。结果表明,涨水冲刷、落水淤积只会削弱曲线的胖瘦,涨水淤积时既会改变绳套曲线的方向,也会影响曲线的胖瘦。河床朝淤积方向发展时,绳套曲线为逆时针方向;河床朝冲刷方向发展时,绳套曲线为顺时针方向。冲刷系数及淤积系数越接近1,绳套曲线越瘦。据此,可由实测的绳套曲线对河床的冲淤演变作出定性的判断。     

河床冲刷粗化计算

本文首先分析了沙质河床和卵石夹沙河床不同的冲刷粗化机理．讨论了卵石夹沙河床发生粗化的条件，探讨了粗颗粒对小于起动粒径的细颗粒不同程度的隐蔽作用，针对现有非均匀沙起动公式存在的不足，得到了一个能反映河床冲刷粗化特点的起动流速公式，建立了粗化过程中床沙级配的计算公式．在此基础上按冲刷过程中水位不变和水位下降两种情况提出了河床清水冲刷粗化计算方法，文中选用水槽和天然资料对两种情况下的粗化计算方法进行了验证．计算结果表明，无论是冲刷深度、粗化层级配还是水位下降值均与实测值接近     

长江中游监利段近10年水位流量响应关系新特点

为了掌握三峡水库试验性蓄水以后长江监利河段水位流量响应关系新特点,以监利水文站为代表,采用数理统计、影响因素相关分析等方法进行了研究。结果表明:三峡水库蓄水后,尤其是试验性蓄水后监利河段河床冲刷,同水位过水面积增加,但监利站水位流量关系随断面冲淤调整的特征与下荆江裁弯及三峡水库蓄水初期河床冲刷引起的水位流量关系变化特征有较大不同。下荆江裁弯引起监利站各流量级相应水位降低0.62～0.95 m;蓄水初期(2003～2008年),监利站实测流量点群中心线同流量对应水位比蓄水前有所下降。试验性蓄水期(2009～2018年),同流量对应水位仅在枯水期有明显降低,随着流量级增加,水位降低幅度逐渐减小,当流量超过平滩流量,对应水位基本无变化。水面比降是监利段水位流量关系的主要影响因素,河床冲刷是次要影响因素;该河段水位流量特征的变化受洞庭湖出流顶托影响不明显。     

赣江南昌河段水位降低现状及影响因素

采用资料分析以及数模验证的方法,从赣江南昌河段水位降低与上游来水来沙、下游鄱阳湖水位降低以及南昌河段河床下切三个方面,对赣江南昌河段水位下降的影响因素进行了分析。结果表明:河床下切是赣江南昌河段水位降低的一个主要影响因素,大规模人为采砂是南昌河段河床下切的主因;下游鄱阳湖水位的降落亦会导致赣江南昌河段的水位下降,降幅随鄱阳湖水位降低的幅度、距鄱阳湖的距离以及流量的不同而不同,并且在枯水时受局部高滩河床的影响尤其明显;水流自然冲刷对河床下切造成的影响仅占1. 0%~3. 5%,对赣江南昌河段水位下降的影响有限。     

非均匀非恒定流中泥沙运动规律初探

本文通过一系列水槽试验对非恒定非均匀流中泥沙运动和河床变形规律了初步探讨，在恒流条件下，缩窄河的河床在流量大时发生冲刷。冲刷平均深度服从按缩窄段与正常段最终达到过流断面相的原则推导出来的公式，如何河床泥沙组成不均匀、河床在冲刷过程中就会逐步形成粗化层，因而冲刷深度较小，对于非恒定流、河床变形滞后于水流的变化，这是由于河床具有抵抗变形的“惯性”，推导出了河床变形方程和“河床惯性公式”，河床惯性依赖于     

水位流量关系曲线应用的几点认识

本文主要研究不同的河床质对水位流量关系造成的影响,以及在不同河床质的河道应用水位流量关系曲线应注意的事项。研究的基础数据都是用不同河床质的水文站的实测数据进行分析,力求找到这类河床质的共性问题。1河床质为不易冲刷的稳定河床的水位流量的关系曲线岫岩县水文站位于     

恒定流研究坝下水位流量关系的缺陷探讨

通过运用一维水流数学模型对广州市流溪河人和拦河坝枢纽工程（以下简称人和坝）下的水位流量关系曲线进行了恒定流和非恒定流计算,对比两种计算模式的成果后,对传统采用恒定流计算水位流量关系存在的缺陷进行了探讨。针对恒定流模拟中的缺陷,结合实际工程中不同水位流量关系在设计中的不同作用,最终确定了人和坝下水位流量关系曲线。通过数学模型计算的水位流量关系曲线,往往是特定地形和水文组合共同作用的产物,但其在一定程度上也反映了河道的水流特性,能为坝体工程的消能防冲设计等提供参考依据。     

三峡水库135～139m运行期土脑子河段冲淤条件分析

土脑子河段位于三峡水库变动回水区五羊背至鹭鸶盘,长约3km,蓄水前具有汛期淤积,汛末及汛后冲刷,年内冲淤基本平衡的规律。三峡水库135~139m运行期,受坝前水位、来水来沙条件以及河道形态等因素综合影响,年内有冲有淤,累积为淤,其中汛期为主要淤积期,汛末及消落期是主要冲刷期。分析表明,当坝前水位139m、流量大于10000m3/s时,河床开始冲刷;随着坝前水位消落,入库流量增大,冲刷强度逐渐增强,在流量15000m3/s左右时冲刷强度最大;当坝前水位135m、流量大于23000m3/s时,河床开始淤积,随着入库流量增大,淤积强度逐渐增强。     

非粘性土覆盖的岩石河床桥墩冲刷计算分析

桥下河床的冲刷计算,是确定桥梁孔径及墩台基础埋深的重要因素。桥下河槽冲刷包括:河槽的天然演变冲刷,桥梁压缩河槽所引起的一般冲刷和桥墩周围的局部冲刷。本文以石峡沟特大桥为例,计算非粘性土覆盖的岩石河床桥墩的一般冲刷与局部冲刷。1.工程水文背景石峡沟发源于石峡梁,主沟全长18km,汇水面积为81.2km,最终流入清水川。桥址处河道蜿蜒曲折,流速较快,河岸冲刷严重,河流所到之处均裸露岩石,并伴有石块沉落在沟内。在DK25+620处全部流量从河槽通过,斜交角度为54°,流量大小为657.5m/s。百年一遇水位23     

Sensitivity of river sediment transport and bridge scour to effects of flow,temperature, and sea level

Sediment transport has implications for activities such as fishing, flood control, scour countermeasures, and dredging through altered flow depths and sediment transport, bank erosion, and bridge scour. To estimate the changes in sediment transport and bridge scour, river discharge, water surface slope, water temperature, and tailwater depth (to simulate sea‐level rise) were altered in existing sediment transport and scour models. It was found that (a) in uniform flow upstream of sea‐level rise effects, sediment transport is sensitive to discharge but not to temperature; (b) in non‐uniform flow affected by sea‐level rise, sediment transport is sensitive to water surface slope and discharge but not to temperature; (3) the discharge value to restore the sediment transport rate existing before sea‐level rise is proportional to the water surface slope ratio to the fourth power; (4) the discharge value to restore the bed sediment size existing before sea‐level rise is proportional to the water surface slope ratio to the three‐fourth power; (5) abutment scour is weakly inversely proportional to the water surface slope but more strongly proportional to the discharge in a logarithmic relation; (6) pier scour is weakly proportional to the water surface slope but more strongly proportional to the discharge in a logarithmic relation; and (7) the discharge to restore both abutment and pier scour depths to their original values prior to sea‐level rise is proportional to the water surface slope ratio to the 9/25^th power. Full equations for each of these relationships are given in the article. These relationships can be used for future application and planning purposes.     

河道冲刷和清水水流河床冲刷率

在冲积河流里。水流条件变化如洪水、水库泄放清水、河道渠化等使挟沙力不饱和引起冲刷，称为河道冲刷。这与水工建筑造成的局部冲刷不同。河道冲刷深度主要决定于冲刷率和冲刷历时。本研究通过对各种泥沙大量实验，证明了河床冲刷率正比于水流提供的冲刷功率并依赖于泥沙粒径和容重，首次提出了冲刷率公式。经验证，该公式可以用于非恒定流输沙和河流洪水冲刷计算。     

除险加固水闸的消能防冲措施

基于某除险加固工程水力学模型试验,通过对闸下水流流态、流速分布、特征断面垂向最大平均流速以及冲刷特性的观测,分析了设计方案条件闸下水流流态恶化及冲刷严重的原因,即下游翼墙加固改变了水流的边界条件,导致出闸水流受到边界挤压而主流集中,局部流速增大,冲刷加剧。通过不同消能防冲方案的试验比较,提出了利用分隔墩消除出闸水流集中的现象;分隔墩消除了主流受边界挤压现象,起到了改善闸下水流流态,均化闸下水流流速分布,降低河床最大流速,减轻闸下冲刷的作用,且体型结构简单,易于施工。     

丁坝局部冲刷坑形态演变及冲刷平衡临界条件

丁坝局部冲刷坑垂向冲深、平面宽度及上下游边坡构成了冲刷坑几何形态的三维特征。局部冲刷达到平衡状态时,冲刷坑上下游边坡保持相对稳定的斜率。其与泥沙颗粒水下休止角大小及冲刷平衡临界条件的关系仍不太明确。一系列清水冲刷试验表明,不同来流强度条件下冲深与展宽速率存在非对称特征,坝体上下游边坡斜率随时间演变振荡衰减至相对稳定坡度。坝体上游坡度均较下游陡,比值近似常量为0.5。边坡斜率略小于泥沙颗粒水下休止角,比值下限近似为常量0.7。     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。     

波流作用的近岸圆柱局部床面侵蚀

波浪流对近岸浅水带床面作用强烈,该区域结构物局部床面侵蚀显著,潜存致灾威胁。用三维数值方法研究了瞬态孤立波作用下非黏性沙海床上的近岸圆柱体局部冲刷规律,分析了波浪流冲刷的3类主要影响要素,讨论了近岸地形条件影响下的波流冲刷深度。研究认为,表征浅水波流特征和柱体尺度的无量纲数Urp与KC数存在非独立关系,二者均能分别反映波流冲刷的主要规律;表示泥沙运动的力学参数Shields数在波流动床条件下仍对柱体局部冲刷有贡献;近岸地形通过床面坡度对波破碎的增强及堤岸挡墙对波浪的反射,都会影响到局部冲刷。     

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。     

长江口河段柔性护滩结构周边河床冲刷形态分析

近年来软体排型式的柔性护滩结构在长江中下游水利工程及航道整治工程中得到广泛应用.此类工程实施后,其外缘通常会产生不同形态的冲刷坑.为研究总结分析此类问题,以长江口深水航道治理工程及其上延工程中的固定断面监测资料为基础,对长江中下游及河口地区软体排及其相关配套工程实施后,软体排外缘的实际冲刷情况进行了梳理.尝试根据引起局部冲刷的动力原因,将冲刷坑形态分为沿软体排冲刷槽、绕流冲刷坑和跌流冲刷坑,并具体分析了不同形态冲刷坑的特征及演变过程.     

挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟涉水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟抄水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟抄率与水流饱和输抄率相等时，冲刷率降刊0。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值50t／Tn0。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有耜同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与于容重及摩阻流速之比构成的无困次数A。代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。     

Clear-water scour depth below underwater pipelines

The paper presents (1) a semi-theoretical model for the computation of maximum clear-water scour depth below underwater pipelines in uniform sediments under steady flow and (2) an experimental investigation on the influence of upward seepage on clear-water scour depth below underwater pipelines.Based on the “image method” of the potential flow theory for the flow through the gap between a circular pipeline and the scoured bed, a theoretical model is presented for the computation of maximum scour depth below underwater pipelines in clear-water condition considering the wall correction. Also, a simple theoretical calculation, that involves Chiew's (1991) [Chiew, Y.M., 1991. “Prediction of maximum scour depth at submarine pipelines.” J Hydraul Eng 117(4), 452–466] gap flow curve, is proposed to estimate the maximum scour depth considering the wall correction. The computed results agree satisfactorily with the experimental data. In addition, the potential predictors of the maximum scour depth given by different researchers are compared with the experimental data.The result of an experimental investigation on the scour depth below pipelines under the influence of upward seepage through the bed sediment is presented. In general, the scour depth below pipelines with upward seepage is smaller than that without seepage. There exists a critical value of the ratio of seepage velocity to main flow velocity that corresponds to a minimum scour depth.