基于两相流模式的水流挟沙力研究

水流挟沙力是泥沙研究中一个重要课题,是指在一定水流和边界条件下单位水体能够输移的饱和含沙量。当水流挟带的泥沙量与挟沙能力匹配时,河床不冲不淤;当水流挟带泥沙量与挟沙能力不匹配时,水中泥沙将与河床泥沙发生动态交换,床面淤积或冲刷,对河流床面高程产生影响。作者从考虑悬移质含沙浓度的水沙两相流基本方程出发,导出两相流瞬时能量方程并由此建立新型水流挟沙力公式,收集水流挟沙力水槽试验资料对公式中的系数进行率定。采用另外一些水槽试验资料及河流观测资料对所推求挟沙力公式进行验证,结果表明本文建立的水流挟沙力公式对低含沙水流有较高的适用性。     

珠江河口潮汐水流挟沙力经验公式的探求

一、前言水流挟沙力是泥沙研究领域中的一个重要课题。河道的含沙量需要利用水流挟沙公式来计算,而含沙量又是河流输沙及河道演变的重要参数,因此,在进行河道冲淤计算时必须选择一个适当的水流挟沙力公式。目前对于河渠恒定流挟沙力的研究,国内外已有一些成果。而对于潮汐水     

黄河水流挟沙力公式的验证

在评述已有水流挟沙力公式验证资料选取方法的基础上，从河床变形的基本概念出发，提出了天然河道强烈冲淤的判别指标。采用该指标选取水流挟沙力公式验证资料，对各家公式验证结果进行了相关性分析和误差分析。结果表明，6组代表性水流挟沙力公式中，张红武公式的计算值与验证资料最为接近，因此建议分析河床演变和数值模拟时选用该水流挟沙力公式。     

渭河下游悬移质全沙水流挟沙力公式研究

为寻求有效的渭河下游水流挟沙力公式,参考相关研究成果,依据渭河下游275组实测近似冲淤平衡洪水的水力泥沙资料,对挟沙力判数、浑水相对黏度系数、浑水阻力系数、浑水中泥沙有效重度的倒数、浑水卡门常数这5个挟沙力影响因子之间的相关性进行了分析,发现浑水相对黏度系数与泥沙有效重度的倒数近乎直接相关,且这二者与浑水卡门常数有一定相关性;在5因子、4因子、3因子、2因子的各种组合模式与断面平均含沙量的拟合关系式中,相关性和精度均较好,而且自变量因子具独立性的是包含挟沙力判数和浑水相对黏度系数的2因子关系式,该关系式与张红武挟沙力公式进行的对比表明,二者的系数和指数略有出入;结合数学模型的计算要求,提出了直接代入浑水平均沉速并结合浑水相对黏度系数拟合式进行挟沙力试算,从而得到悬移质全沙挟沙力的计算方案。     

多沙河流水流输沙能力的研究

河道中出现的高含沙量水流绝大部分属于非均质两相水流，和低含沙水流一样，同样存在水流挟沙力问题.但由于高含沙水流性质的改变，其挟沙能力关系式与低含沙水流存在着较大的差别.本文分析了国内应用最为广泛的水流挟沙力关系式所存在的一些问题，提出了以水流紊动支持泥沙悬移为基础的水流挟沙力公式，并通过水槽输沙试验得到了含沙量较高(S>40kg/m3)时的一种新型挟沙力公式.该公式通过黄河下游、洛惠渠等实测资料的验证，结果令人满意，可应用于计算不同河槽形态的河道输沙能力，水流阻力.     

水流挟沙力双值关系研究

根据沙玉清教授挟沙力为双值关系的论点，在分析研究实验室及野外原型观测资料的基础上，对沙玉清的挟动比速公式含沙量影响的校正，得出了临界淤积、临界冲嵋两个挟沙力公式，公式既能用于一般挟沙水流的冲淤问题，又能用于高含沙水流的冲淤问题，尤其是较好地描述了黄河下游清水冲刷呈现的难点，物理概念明确，物理图形清晰，经黄河实测资料验证，公式有良好的适用性。     

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。     

标准化最小距离判别法及其对水流挟沙力公式的检验

在评述水流挟沙力公式检验方法的基础上,以样本距离为基础,提出标准化最小距离判别法,将挟沙力公式检验资料转化到同一数量级,消除检验资料数值差异过大引起的误差,定量评价不同水流挟沙力公式.采用该方法分别对适用于中、低含沙量浓度的12组挟沙力公式和适用于高、中、低含沙量浓度的6组挟沙力公式进行了检验.结果表明:文中选取的水流挟沙力公式均能反映实际挟沙力的变化趋势;其中,张红武公式在不同含沙量浓度情况下均与实际最接近.     

以水流挟沙力和河床演变规律研究调水调沙的主要水沙指标

冲积性河流的河床在输水输沙过程中,调节流量及含沙量和泥沙组成(调水调沙)可以调节河床水力几何形态和水流挟沙力,追求水沙输运和河床演变的相对平衡。在分析水流挟沙力和河槽水力形态规律的基础上,研究调水调沙的流量、含沙量等主要水沙指标,可以解决河道输沙减淤和河槽相对稳定问题。     

黄河中,下游引黄灌区渠道水流挟沙能力的研究

引黄灌区渠道水流挟沙能力是工程设计的关键参数。本文在分析灌区引水引沙条件特性及影响渠道泥沙冲淤因素的基础上，提出了采用相对平衡含沙量方法，即根据已建灌区输水渠泥沙冲淤特性确定水流挟沙能力的特征值。     

水流挟沙力公式的理论剖析与检验

为提升河流动力学学科水平,给学术研究及工程应用选取水流挟沙力公式提供依据,本文系统回顾典型水流挟沙力公式的研究进展,针对各公式依据的原理、推导过程、技术细节、影响因子等环节进行阐释分析,指出其亮点与不足,修正了水流挟沙力的定义。结合大量实测资料检验和公式适用性的评价,发现尽管资料率定能提高公式精度,但对于理论有缺陷的公式却不能体现河床和水流的自动调整作用。进一步分析认为,张红武挟沙力公式合理地将挟沙效率系数与水流阻力系数作为综合系数处理,能避免不少公式存在的水流挟沙力同水流阻力呈正比的理论错误,并通过挟沙系数为c(a+bS_v)^m的形式,体现了不同大小含沙量对挟沙效率的影响,能够保证公式具有普遍的适用性和高精度。     

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。     

渭河下游输沙用水量研究

从多沙河流水资源合理配置和高效利用角度出发,研究确定适宜的输沙用水量是非常重要的.本文在对大量实测资料分析的基础上,研究提出了影响输沙用水量的主要因素,然后根据一维恒定流非饱和输沙方程和渭河下游的来水来沙特点和冲淤规律,建立了渭河下游汛期输沙用水量计算公式.公式的突出特点,一是充分反映了来水来沙和冲淤水平对输沙用水量的影响,二是充分考虑了河道边界条件（以平滩流量表示）的影响.采用该计算公式,得出了不同来沙量和冲淤水平及不同河道边界条件下渭河下游汛期的输沙用水量.研究成果已应用到引江济渭入黄方案研究和黄河流域（片）水资源综合利用规划中.     

改进的“拟台体公式”及其在库容计算中的应用

河（沟）道区库容计算精度取决于计算方法的选取。在对各种常用库容计算公式进行对比分析的基础上,改进了已有的“拟台体公式”,并分析了各种计算公式的计算精度及适用范围。结果表明,改进的拟台体计算公式适用于横断面为梯形的各种类型淤积体的体积计算,精度较高。研究结果为库容的准确合理计算提供了可靠的科学依据。      

基于高压压水试验的裂隙岩体非线性渗流参数解析模型

高渗压条件下裂隙岩体的渗透特性是高压引水隧洞近场渗流场分析与工程防渗设计的重要参数,一般通过现场钻孔高压压水试验获得。针对钻孔高压压水试验流量-压力曲线的非线性特征,建立了基于Forchheimer方程的裂隙岩体非线性渗流参数(渗透系数k和非线性系数b)解析模型。该解析模型中的渗透系数解析表达式与现行钻孔压水试验规程推荐公式一致,不仅形式简洁,而且物理意义明确,是现行规程推荐公式在非线性流条件下的拓展,可作为高压压水试验条件下钻孔压水试验规程修订的重要依据。对海南省琼中抽水蓄能电站高压岔管区钻孔高压压水试验成果的分析表明:Forchheimer方程很好地表征了高压压水试验过程中流量-压力曲线的非线性特征,本文提出的解析模型为高渗压条件下裂隙岩体非线性渗流参数的合理取值提供了有效的方法和手段,克服了现行钻孔压水试验规程对高渗压条件下裂隙岩体渗透性难以正确表征的局限和由此带来的工程防渗设计风险。     

杭州运西河网沿程含沙浓度和淤积规律研究

为了研究泥沙在杭州运西河网内的沿程输移淤积规律,基于非均匀沙不平衡输移理论,结合黏性非均匀沙起动概率公式和非均匀沙水流挟沙能力公式,得到改进后的河网悬移质沿程含沙浓度计算公式。计算了杭州市从钱塘江引水至运西河网“四港四河”内的悬移质沿程含沙浓度及河网沿程淤积率。结果表明：河网引入钱塘江水后,河网内悬移质含沙浓度呈明显的沿程减小趋势。在引入流量相同时,河网淤积率随引入水体含沙浓度的增大而增大;当引入水体的含沙浓度相同时,河网淤积率随引入流量的增大而降低。研究结果可以为该区域河道清淤提供参考。     

天然河道水流挟沙能力研究

天然河道水流挟沙能力的确定对于利用数学模型来模拟泥沙运动和河床变形具有重要意义。本文在收集大量天然河流实测资料的基础上,对长江、汉江、塔里木河干流、黄河以及三门峡水库的水流挟沙能力进行了分析研究,选定了既适合于低含沙河流也适用于高含沙河流水流挟沙能力的计算公式,探讨了确定挟沙能力系数和指数的方法,避免了利用数学模型计算时系数取值的不确定性,提高了数学模型应用于不同天然河流的适应能力。研究表明,韩其为的高低含沙量统一的挟沙能力公式可以适用于各种不同的天然河流,系数取值稳定,且容易确定。     

颗粒态和溶解态磷浓度计算公式的推导与验证

河流水体中的含磷营养物质与较细颗粒的悬移质泥沙发生吸附作用,将对水质循环过程产生影响。基于拟合磷与泥沙颗粒吸附过程的Langmuir方程和修正Langmuir方程分别推导了计算颗粒态磷(PP)和溶解态磷(DP)的计算公式。并采用香溪河泥沙样品的磷吸附实验数据和野外观测数据验证了推导公式,计算结果与实测值符合良好。研究结果表明:当悬移质泥沙浓度较低时,可采用线性吸附方程近似计算颗粒态和溶解态磷浓度,但当悬移质泥沙浓度较高时,需要采用本研究推导的计算公式,特别是解吸和吸附现象并存时,需要使用基于修正的Langmuir模型推导的计算式。研究成果可用于水质或水生态模型建模。     

基于滞后响应模型的三门峡水库冲淤计算方法

基于水库冲淤平衡纵剖面几何关系和机理分析,得到了潼关高程和库区累计淤积量平衡值的计算公式。进而考虑河道调整速率随冲淤状态及水沙条件变化,采用滞后响应模型单步模式建立了潼关高程和累计淤积量计算方法。结果表明,潼关高程计算值与实测值的决定系数R²在1975—2002年和2003—2018年分别为0.80和0.75,累计淤积量计算值与实测值的决定系数R²在1967—2002年和2003—2018年分别为0.95和0.84。利用准平衡时间与调整速率参数的关系,计算了潼关高程和累计淤积量达到准平衡态所需时间,结果显示,潼关高程达到准平衡态的时间约为10.2年,累计淤积量达到准平衡态的时间约为6.7年,表明潼关高程的变化滞后于累计淤积量的变化。此外,潼关高程和累计淤积量逐时段以平衡值为目标的调整过程体现了河床演变的自动调整与滞后响应特性。     

Estimating the sediment trap efficiency and lifespan of cascaded reservoirs in the Upper Yangtze River Basin,China

The cascaded reservoirs in the Upper Yangtze River Basin (UYRB) are subject to sediment inflow and deposition, resulting in reduction in their effective capacity. The sediment trap efficiency (TE) of the cascaded reservoirs was estimated using several empirical methods, and the factors affecting the TE also were analysed. A new empirical formula was obtained to calculate the TE of the small reservoirs (storage capacity C < 0.5 km³) in the UYRB. Further, four zones were partitioned to describe the relationship between the sediment trap effect and the service function of the reservoirs. The TEs of Xiluodu, Xiangjiaba and Ertan Reservoirs in the UYRB were investigated and compared between stand‐alone and combined operation modes, indicating the TE will be underestimated without considering the cumulative sediment trap of the cascaded reservoirs. Finally, the lifespan of the Xiluodu Reservoir, considering different water storage schemes and different capacity loss percentages, was estimated using the TE method and exhibited good agreement with the results calculated by the mathematical model. The derived TE calculation method under the combined operation of the cascaded reservoirs can be used to assess the sediment trap from the complex hydroelectric project system in the UYRB.