台风浪对长江口深水航道骤淤的影响研究

概述风暴对长江口航槽短期地形变化的影响和研究现状，将缓坡方程、Boussinesq方程和动谱平衡方程进行分析比较，选择后者做为长江口台风浪数值预报模式。介绍球坐标下动谱平衡方程模型及方程右端源汇项的处理方法，以9912号台风对波浪数值模型进行验证。数值预报EES向20m/s风场下深水航道水域波浪要素：有效波高分布和波浪水质点底部轨迹运动速度分布。由泥沙起动底流速公式得到深水航道水域底沙起动底流速场，根据长江口波浪水质点底部轨迹运动速度的均方根值与泥沙的起动底流速之差的分布场进行骤淤机理分析。结果表明在EES向20m／s风场作用下横沙浅滩和九段沙浅滩的大部分水域底部泥沙将被掀扬至水体，部分泥沙在跨槽水流带动下会进入航道而造成严重淤积。最后提出研究长江口深水航道风暴骤淤问题的进一步工作。     

塑料模型沙起动流速试验研究

通过水槽试验进行了塑料沙的起动流速试验,以5组泥沙为例,推导出沙粒在不同运动状态下塑料沙的起动流速公式,并与3种常用模型沙起动流速公式计算值比较,建议对轻质模型沙起动流速估算时,采用塑料沙起动流速计算公式.     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。     

波浪边界层的理论分析和实验研究

本文提出了在波浪的底部波动边界层的综合分析,利用雷诺方程在某些简化条件下,导出了波浪紊流边界层的运动微分方程式及断面流速分布公式。此外,作者采用了光电调制反馈原理将一维多普勒测速仪进行了改造,形成了一新的光电调制反馈激光多普勒测速系统(OEMF—LDA),使之能对波浪场的瞬间流速及其相位进行同步测量。本文通过大量水槽实验,包括利用OEMF—LDA系统对波浪断面流速分布进行量测,获得了大量资料。利用这些资料与断面流速分布公式进行比较,二者符合良好。     

波、流共同作用下的近底泥沙输移及航道骤淤预报

波、流(包括潮流和风吹流)共同作用下的输沙机理是波浪轨道速度掀沙与挟沙，波浪传质速度、潮流速度和风吹流的合成速度输沙。根据波动水流能量及泥沙运动原理，参考窦国仁推导底沙输沙率的方法，推导出波浪、潮流和风吹流共同作用下的底沙输沙率公式。对于细颗粒泥沙，底沙输沙实质上是近底泥沙(包括浮泥)的输移；应用本文公式对大风期黄骅港外航道的骤淤进行验证计算，得到与天然较符合的结果。另外，根据近年的实践，改进以前的浮泥输沙公式，给出二种输沙的计算模式。本文是作者1987年以来研究此问题的总结。     

弯道环流悬移质横向输沙公式研究

为解决现有的弯道悬移质横向输沙公式形式复杂、不便使用的问题,对Odgaard线性环流流速公式进行了简化,同时,以简化的环流流速公式和Laursen悬移质含沙量公式为基础,推导了弯道悬移质横向输沙率公式。公式验证结果表明:①简化后的线性环流流速公式形式简单,与实测资料符合较好;②推导得到的弯道悬移质横向输沙率公式变量较少且形式简单,在无高精度计算弯道悬沙横向输移的要求下,可用于实际工程的近似计算;③弯道环流引起的下部输沙量始终大于上部的输沙量。     

近岸海域泥沙侵蚀率与水流挟沙力

根据河流和近岸海域泥沙运动过程的差异,通过比较水沙界面泥沙通量、近岸海域泥沙侵蚀率和挟沙水流挟沙力,导出了适合于近岸海域泥沙的挟沙力公式,并且引入了挟沙水流有效流速的定义,得到挟沙力是有效流速的函数,其系数是泥沙粒径、阻力系数及底部泥沙体密度的函数.论证了波浪、潮流的有效流速为最大流速的l/√2以及河道水流的有效流速即为河流流速,从理论上证明了刘家驹公式的适用性,同时用现场实测资料验证了给出的挟沙力公式的合理性.     

波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模型

针对河口海岸地区波浪与潮流运动的特点,将波浪过程概化为潮周期中具有平均意义的波浪流要素,叠加到潮流运动方程中,以模拟长时段的水流运动及泥沙场的变化,建立了波浪与潮流联合作用下二维泥沙数学模型,包括贴体正交曲线坐标系下水流运动方程、非均匀悬沙、底沙输移方程、初始条件、边界条件、动边界技术及数值计算格式,引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,波浪作用下的挟沙能力采用窦国仁公式,浮泥挟沙能力采用罗肇森公式。计算的瓯江口、温州湾潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下瓯江口拦门沙航槽开挖后潮流与风浪作用下悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的模拟问题。     

模型沙起动流速公式的研究

对现有泥沙起动公式的分析表明细颗粒泥沙起动流速大于试验值，本文利用大量的模型沙起动流速试验资料，对不同材质、粒径的各种模型沙，建立了起动流速的通用计算公式，该式与试验资料吻合良好。通过研究模型沙的起动状态与起动流速的变化规律，指出模型沙个别起动、少量动、普遍动对应的起动流速间具有线性关系，进而给出了模型沙不同状态的起动流速计算公式。     

悬移质水流挟沙能力与输沙特性

悬移质水流挟沙能力与输沙特性对于冲积河流泥沙冲淤、河床演变影响很大。作者在对我国广泛应用的悬移质挟沙力半经验性公式进行分析基础上，指出了这类公式应用的局限性，并通过试验研究提出了悬移质水流挟沙能力的新关系式，同时对输沙平衡时的临界不淤流速及临界坡降等表达式进行了探讨，文中结论的应用限于S=2-40kg/m^3中低含沙量的情况。     

宽级配非均匀沙运动特性研究

为了探索泥沙在水力作用下的运动规律,通过水槽试验,对均匀沙、连续和不连续宽级配非均匀沙的沙床发生起动和冲刷的运动特性进行了观察和对比分析。将均匀沙的沙莫夫公式加以推广,表征了非均匀沙各级运动对应的临界流速与水深及各材料参数的关系,拟合得到了不同种类的沙床发生各级运动对应的临界流速系数。计算结果与试验现象的对比分析表明,与均匀沙相比,连续宽级配非均匀沙一旦发生起动,其颗粒运动更容易加剧形成冲刷;而缺粒径段的不连续宽级配非均匀沙,由于大颗粒的荫蔽阻挡作用,冲刷较难形成。     

连云港海域含沙量场数值模拟及分布特性研究

针对连云港海域波浪掀沙、潮流输沙的特点,建立了波浪潮流共同作用下的泥沙数学模型,并利用连云港拥有长期实测资料的优势,分别进行了模型率定和模型验证,结果令人满意。特别是2007年9月“韦帕”台风期间的实测含沙量与模型计算结果吻合较好,说明所建立的泥沙数学模型合理可信。在此基础上,对于连云港海域含沙量场的分布特性进行了分析,研究成果对于连云港的港口航道工程建设具有一定的参考价值。     

一种塑料模型沙运动特性试验

对一种复合塑料模型沙的水下休止角、群体沉速、起动流速等运动特性进行了试验研究:使模型沙在静水中自然落淤成丘,通过几何关系可得水下休止角;将沙样按粒径分组进行单颗粒沉速试验,统计平均后再按质量加权得到模型沙群体沉速;在玻璃水槽中对5种水深下的泥沙起动流速进行了测量及经验公式验证。试验结果表明:该模型沙水下休止角为28.4°,较传统塑料沙、水下休止角范围大,具有较好的水下成形特性;对于该模型沙,其单颗粒沉速用W.W.Rubey公式计算精度较高,但群体沉速用中值粒径进行经验计算则精度不够,合理的代表粒径有待进一步研究;起动流速比传统塑料沙大,这与水下休止角试验是相符的,通过调整沙莫夫系数K,沙莫夫公式可较好地表述个别起动和少量起动的情况,大量起动时则不够精确。     

泥沙起动流速公式在天然河流中的验证

在回顾前人成果的基础上,依据天然河流资料和以轻质模型沙资料,对适用性较强的各家泥沙起动流速公式进行了验证。结果表明:①以某一较小的单宽输沙率作为判别标准即使有一定依据,但在推移质输沙率测验精度很低的前提下,利用具体天然河流资料确定的泥沙起动流速误差也较大;②现有各家泥沙起动流速公式计算结果较为相近,同轻质模型沙起动流速都相差不大,对于天然河流资料也可进行估算;③相对而言,张红武、卜海磊公式,沙玉清公式,唐存本公式,计算结果同实测资料较为接近,可用来计算天然河流起动流速,其中张红武、卜海磊公式的验证结果最佳。     

关于波浪冲刷作用的下界深度

波浪对水工建筑物水下斜坡及海岸、庫岸的冲刷作用所能达到的最大深度,H_0,称为波浪冲刷作用的下界深度。在海岸动力学上,把它叫作水下浅滩的外界深度。对这一深度的正确认识,在工程技术或海岸动力学及库岸变形的研究上,都具有很大意义。本文将利用波浪最大底流速与泥沙不冲流速相等的假設,推导出計算波浪冲刷下界深度的理論公式,并用模型試驗,对公式进行驗証。     

泥石流流速计算与模型设计方法

简述了泥石流模型设计现状与泥石流运动特性,认为泥石流模型设计必须抓住对泥石流起支配作用的物理法则确定相似条件。鉴于确定泥石流流速对把握泥石流运动与动力特征起着至关重要的作用,对泥石流流速公式进行了系统研究。资料检验表明,基于高浓度挟沙规律建立的泥石流流速公式,用黏性泥石流和稀性泥石流资料进行验证的结果均较好,可在泥石流模型设计中使用。在此基础上,归纳出了以泥石流流速比尺等于流速比尺这一相似条件为重点的泥石流模型设计方法。     

基于模糊理论的无黏性均匀沙起动流速研究

在由确定性方法建立的均匀沙起动流速公式的基础上,借助模糊数学方法,采用滑动平衡模式建立了考虑水流紊动影响和起动水平时的无黏性均匀沙起动流速公式,并用实测流速资料进行了验证,结果表明,所建立的均匀沙起动流速公式计算结果与实测资料比较吻合。     

无黏性土管涌的临界流速

根据多孔介质中的变截面管模型,分析单个颗粒在孔隙通道中的受力情况,建立力的平衡方程,从而推导出管涌发生时的水流临界流速公式。结合试验对该公式进行了验证,当作用于水流的拖曳力与静水压力的作用大于阻碍其运动的作用时,认为可动颗粒开始起动。算例分析表明,运用临界流速公式能够准确地预测土体的管涌破坏。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

非均匀沙荫暴作用及起动流速

引入表征床沙位置的泥沙切点公切线与水平面的交角为参数，依据泥沙起动研究床面表层泥沙由静止到运动的临界条件，确定了以公切角变化范围表征的泥沙起动的判别条件。建立了公切角与颗粒暴露度关系式，推导了在平均情况下，以平均粒径代替起动颗粒上游泥沙时的颗粒平均暴露度。把非均匀沙的荫暴作用与其在床面位置和起动粒径相联系，起动力臂以公切角表示，按照指数流速公式形式，根据滚动平衡条件推导、建立了与床面位置相关的非均匀沙起动流速公式。给出了平均情况下相应于不同粒径的公切角计算式。利用13组共133次实验资料对公式进行了验证，证明公式具有较高的精度。