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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

新疆南疆地区河流泥沙推悬比分析研究

本文通过对南疆地区部分河流水文站大量实测系列悬移质泥沙资料及水力条件进行统计分析计算,运用目前常用的梅叶一彼德和R．摩勒公式、沙漠夫公式和长江科学院推移质输沙率经验曲线法三种方法进行推移质输沙率计算,分析研究其推悬比的区域特性,从而提出了新疆南疆地区河流泥沙推悬比的初步取值范围,同时为河流泥沙推悬比的进一步研究奠定坚实的研究平台。     

长江重庆河段卵砾石推移质无量纲输沙率研究

针对长江上游重庆河段水面比降大、河床组成粒径粗、相对光滑度比较小等特点,收集河段内寸滩水文站47年实测卵石推移质输沙率资料和对应的水力参数作为研究基础资料,分析比较了5个经典公式计算的准确性。参照计算精度较高的Fredsoe公式,以水流强度Θ和泥沙起动临界水流强度Θc为主要参数建立并拟合了适合长江上游重庆河段的推移质输沙率计算式。分析比较表明,在计算重庆河段输沙强度时,该计算式的计算精度要高于经典公式和针对该河段的魏丽公式,能够很好地反映该河段实际的卵石推移质输移情况。     

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。     

水文基础知识一百问(二)

<正>9.河流泥沙及输沙率的概念是什么?根据泥沙运动特性可将泥沙分为几类?答:河流泥沙是指河流中随水流输移或在河床上发生冲淤的岩土颗粒物质。输沙率是指单位时间内通过河流某一断面的泥沙数量。根据其运动情况,可将泥沙分为推移质、跃移质和悬移质。由于跃移质是推移质和悬移质间的过渡情况,因此有     

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。     

长江上游推移质泥沙输沙率公式检验

适用于长江上游的推移质输沙率计算公式还未得到普遍接受。选取八个代表性公式，采取分散度比较法，利用长江上游8个测站（点）共计1290组实测资料对其进行检验。分析发现：（1）Engelund-Hansen公式精度相对最高，Yalin公式次之；若计算水流强度和输沙强度大的河流（如乌江、虎跳峡上峡口）时，Park公式计算精度较高。（2）各家公式并不适用于受下游峡谷洪水期雍水影响的河段（如奉节河段）。     

长江上游推移质泥沙输沙率公式的检验

对现有推移质输沙率8个代表性计算公式,采取分散度比较法,利用长江上游8个测站(点)共计1290组实测资料对其进行检验,以探讨其对长江上游输沙律的适用性。分析发现：各公式的计算结果非常分散,其中EngelundHansen公式精度相对最高,Yalin公式次之;若计算水流强度和输沙强度大的河流(如乌江、虎跳峡上峡口)时,Parker公式计算精度较高。各家公式并不适用于受下游峡谷洪水期雍水影响的河段(如奉节河段)。     

河流动床阻力影响参数分析及其计算研究

动床阻力计算对河流研究和工程问题解决十分重要。自20世纪中叶起利用现代水力学知识计算动床阻力的方法陆续出现，本文对现有成果进行了分析评述，并对经典的Einstein和钱宁等阻力计算方法进行剖析，发现基于水力半径分割假说建立的动床阻力算法，不适用于研究主要由悬移质输沙强度决定床面形态的水流阻力问题。为此，本文首先选取有代表性的基本物理量，同实测糙率值进行相关性分析，确定出主参数;通过数据分析确定水深和能坡的指数后，运用造床流量下床沙中值粒径公式计算河床比降;基于能坡I计算需体现河床比降主导影响的同时应考虑边岸局部水头损失作用的认识，给出能坡修正式，再引入能体现沙粒和含沙量对动床摩阻的影响的因子，建立了动床阻力计算新方法。大量实测资料验证结果表明，本文公式计算精度高，适用性强。     

推移质平衡输沙率公式研究

将确定性方法和随机性方法相结合,以单位时间内单颗粒泥沙的交换次数代替交换时间,基于颗粒受力平衡推导了推移质颗粒的平均运动速度。结合Bagnold水流功率和Einstein起动概率的基本概念,推导了一个推移质平衡输沙率公式。该公式的系数在临界起动时较小,但随水流强度的增加而增大,从而避免了诸如Meyer-Peter、Einstein、Bagnold、Yalin及Engelund等经典推移质公式难以兼顾低强度和高强度输沙率计算的问题。利用经典的推移质输沙率实测数据检验了本文公式,表明该公式具有较好的适用性。     

非均匀沙卵石推移质输移随机特性研究

使用天然尺度的实验室渠道观测了在恒定流的条件下非均匀卵石床面的推移质运动变化过程,采集到了更高精度、更长时间序列的输沙率变化过程,分析了输沙率统计变化对采样时间的依赖性。实测推移质输沙率的脉动现象十分剧烈,且当采样时间越小时,这种脉动现象越剧烈。来流为4300L/s,采样间隔分别为2、5与10min情况下,输沙率脉动值较平均值分别大约4.8倍、3.3倍与2.7倍;来流为5500L/s,采样间隔分别为2、5与10min情况下,输沙率脉动值较平均值分别大约3.2倍、2.1倍与1.9倍。卵石推移质单宽输沙率的离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值均随采样历时与无量纲希尔兹切应力的增大而减小。利用本次试验成果,通过多元线性回归得到的卵石推移质单宽输沙率的离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值与采样历时以及无量纲希尔兹切应力的关系式可为工程应用提供参考。     

多沙河流中群桩塔基局部冲刷平面尺度模型试验研究

局部冲刷平面尺度是对塔基附近可能受冲床面进行精准防护的指导依据,也是预测群桩局部冲刷结果的重要组成部分。结合泥沙运动学理论,根据试验观察分析规则分布的群桩局部冲刷平面形态演变及其干扰因素,提出了一个可综合反映水流强度与塔基结构影响的局部冲刷强度指标。在此基础上,采用物理模型试验方法,通过统计不同强度指标下的塔基局部冲刷平面结果,回归分析得到了二者之间的相关关系。最后,采用黄河下游两组工程实例对局部冲刷平面尺度关系式进行了试验验证。其结果表明,拟合公式的计算值与实测值比较符合,误差不大于10%,可为多沙河流中规则分布群桩塔基周围的床面防护提供参考。     

波流共同作用下围垦促淤计算方法研究

在改进王义刚等提出的淤泥质海岸围垦淤积计算方法基础上,提出了波流共同作用下围垦促淤计算方法。采用实测水沙资料对挟沙力公式进行率定,得到了横沙东滩水域波流共同作用下半潮平均水沙关系式,其相关系数明显优于仅考虑潮流作用的水沙关系式。采用上述计算方法和水沙关系式对横沙东滩促淤圈围工程的淤积效果进行计算,计算结果与实测值较为接近。由于考虑了波浪作用对含沙量的贡献,比仅考虑潮流作用的计算模式具有明显优势,以后可进一步尝试采用本模式研究砂质和粉砂质潮滩促淤效果问题。