泥沙起动条件及机理的非线性研究

 分析了单颗粒、均匀沙及非均匀沙的起动现象及其机理，认为泥沙的起动属于突变论研究的范畴。从泥沙起动所遵循起动条件的力学规律出发，导出泥沙起动条件方程。在此基础上，利用尖点突变性质对各种泥沙起动现象及机理进行了描述和说明。     

非均匀沙起动的有关问题

本文对非均匀沙起动的有关问题进行了分析和研究。首先分析了非均匀沙的起动机理，指出非均匀起动研究应该考虑荫暴作用，并有必要考虑脉动作用力的影响。通过对各种泥沙起动标准的分析，推荐了联系推移质取样分析或推移系输沙率的定量标准。最后，针对目前研究之不足，试述了非均匀沙起动研究的努力方向。     

非均匀沙起动规律研究现状简评

非均匀沙运动机理和输沙规律相当复杂，要全面反映泥沙的非均匀特性存在一定的难度，国内外学者对此进行了一些研究并取得一些成果，本文试将现有非均匀沙起动研究成果作一些归纳并简要阐述了现有研究成果存在的问题及今后发展方向。     

非均匀沙起动机理及起动流速

首先指出所谓宽级配泥沙,包括卵石等的起动流速必须按非均匀沙来研究。进而阐述了非均匀沙推移质低输沙率规律,导出了其理论表达式,并进行了数值计算。根据这个低输沙率关系,只需要选定起动标准就能确定起动流速。接着引进了非均匀床沙综合起动流速概念,给出了综合起动流速公式,并以实例说明其合理性。最后讨论了非均匀沙处于起动状态时的分选情况。     

泥沙起动判别标准的研究

本对泥沙起动判别标准的研究现状进行了分析，指出了所存在的问题，并根据水流紊动底速符合正态分布的特点，分别提出了均匀沙和非均匀沙起动的判别标准。     

粗细化过程中的非均匀沙起动流速

本文对处于淤交替（粗化细化）过程下的宽级配非均匀沙起动特点进行了分析，文中首先探讨了均匀沙起动流速的表达方式，然后引入非均匀沙暴露高度和泥沙粒径的关系和研究成果，导出了宽级配非均匀沙分级起动流速的计算公式，通过实验资料检验符合良好。     

非均匀沙起动规律探讨

本文从分析非均匀沙的起动机理入手，在非均匀少度变化规律研究的基础上，确定床沙的可动层厚度，并用力学分析及泥沙颗粒分布的统计特性理论、解析几何方法，推出了非均匀潲起动流速的计算公式。对该公式用实测的床沙级配资料验证，所得的结果与实测的泥沙起动速一致。     

床沙粒径及级配对非均匀沙起动的影响分析

对Wu W.等的荫暴系数计算方法进行了修正,根据滚动起动模型建立了以荫暴系数为主要参数的起动底流速公式,在此基础上理论探讨了暴露程度、床沙各分组泥沙粒径及其质量比对泥沙起动的影响,并论述了非均匀沙起动中完全暴露、完全荫蔽和极限跃移3种极限起动情况。结果表明:1非均匀沙起动底流速随着荫暴系数的增大而减小,荫暴系数越大,泥沙越容易起动;2在由两种粒径泥沙组成的非均匀沙中,粗颗粒的荫暴系数在定义域上均随着细颗粒床沙比例和粗细颗粒比例的增大而增大,即细颗粒比例越大,粗细颗粒间粒径差异越大,粗颗粒越容易起动;细颗粒的荫暴系数在定义域上随着细颗粒床沙比例的增大而增大、粗细颗粒比例的增大而减小,即细颗粒的比例愈大,细颗粒愈容易起动,且起动规律渐趋于和均匀沙的相仿,粗细颗粒粒径相差愈大,细颗粒受到的荫蔽作用愈显著,其起动流速也愈大。     

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。     

床面粗化层粒径级配的研究

本文研究了清水冲刷条件下宽级配非均匀床沙粗化的规律性。研究中不仅考虑了水流的紊动性和泥沙非均匀性对其起动规律的影响,而且还考虑了不同粒径泥沙起动引起水流相对脉动强度的变化。通过试验,分别就单峰型和双峰型初始床沙级配,给出了粗化后床面层粒径组成的计算方法,并与已有的试验资料和计算结果进行了比较。     

长江流域河流泥沙与治河防洪研究及实践

按照河流与泥沙基本理论研究、河流水沙模拟与专题研究和长江治理与防洪实践应用3个领域,对长江流域河流泥沙与治河防洪研究及实践进行综述。①河流与泥沙基本理论研究包括河流分级、干流河道分段与河势贴体网格等河流分类及形态研究,以及泥沙分界、长江水沙变化与输沙地形对比等泥沙特性及运动研究。②河流水沙模拟与专题研究包括河流水沙模拟研究与河流水沙专题研究,河流水沙模拟研究涉及河流水沙数学模型、应用及关键技术;河流水沙专题研究列举了弯道水流基本特性及数值模拟、空腔回流区水沙特性及模型变态影响研究,以及河湖岸线洲滩利用对河湖功能影响研究。③长江治理与防洪实践应用包括重大治江工程(三峡、葛洲坝、南水北调)研究、治江重大问题研究和长江防洪实践应用3个方面。建议加强基于泥沙的河流研究、不限于河流的泥沙研究以及河流与泥沙相互影响研究,并强化河流泥沙理论研究与治河防洪实践应用之间关联研究与成果转化。     

干支流直角交汇区水流泥沙运动特性初步研究

通过总结前人有关干支流直角交汇区水流泥沙运动研究成果,归纳了干支流直角交汇区的分区水流泥沙运动特性,初步探讨了交汇区局部水头损失计算方法,提出了新的包含水深比及回流长度的局部水头损失系数计算公式,采用长江科学院水槽试验成果对计算公式进行了验证。验证结果表明：在汇流比较小时,计算与试验成果吻合较好。     

黏性泥沙絮凝研究进展

黏性泥沙颗粒的絮凝特性表现出与粗颗粒泥沙迥异的物理及输移特性,因此黏性泥沙絮凝是河流海洋泥沙理论研究中的热点之一。总结了黏性泥沙絮凝在试验研究和数学模型方面的研究成果,介绍了最新的相关研究进展,并分析了现有研究中存在的问题。认为目前存在的主要问题有:①有关黏性泥沙的试验研究以单因素影响试验为主,缺少多因素影响研究;②对泥沙絮团的三维结构形态研究不足;③相关数学模型只能描述定性规律。今后应在黏性泥沙相似准则、多因素影响试验、絮团微观结构观测仪器开发、大尺度三维絮凝数值模拟等方面加强研究。     

黄河下游斜河现象成因及研究进展

在回顾黄河下游斜河研究进展的基础上,对斜河产生的原因及斜河研究中应注意的问题进行了分析,结果表明:黄河下游河床边界土质松散、二级悬河的存在、洪水骤变、整治工程与来水来沙不匹配是斜河产生的主要原因;当前应着重对斜河多发河段水沙输移特性、斜河现象与水沙条件变异之间的链式响应机理及斜河数值模拟进行研究。     

反坡异重流的研究

本文主要研究了底坡为反坡，上层有逆向水流运动情况下，异重流的水流运动和泥沙输移规律。首先建立了这种异重流（称之为反坡异重流）的形成条件；然后从理论上推导出了反坡异重流潜入后的起始水深和流速，与已有的一些经验公式作了对比分析，并用天然实测资料进行了验证；通过水动力学分析，推导出了反坡异重流的潜入距离，用天然实测资料进行了验证。最后，采用不平衡沙模式，给出了反坡异重流的输沙、淤积规律，应用该模式对一些实例做了验证计算。本研究成果可用于盲肠河段、水库支沟，湖泊出口异重流及盐水楔入侵等的水力和泥沙计算。     

河流泥沙学科几个方面发展跟踪

河流泥沙学科是一门综合性的基础技术科学,它是研究泥沙在水体中的输移、冲刷和淤积的规律,是水利学科的理论基础之一,包括泥沙运动力学、河床演变学、工程泥沙、航道与港口治理、高含沙水流与泥石流等多方面的内容。本文在查阅浏览大量研究资料基础上,着重从泥沙运动、河床演变、水库泥沙和数值模拟技术等几个方面对泥沙学科的历史进程、重要成果和发展动态进行了跟踪,对比分析了国内外研究水平,提出了今后发展的新方向和值得关注的议题,对我国河流泥沙在国际上发挥更大的作用具有参考意义。     

泥沙颗粒相对隐蔽度理论分析及其应用

泥沙颗粒相对隐蔽度对泥沙的起动、输移等研究均有重要意义。简要阐述了作者近年来在相对隐蔽度理论分析及其应用方面的部分成果,包括：基于不同维度的相对隐蔽度及隐蔽度的分布规律;基于隐蔽度分析的底坡、岸坡及床面上泥沙起动流速;基于隐蔽度分析的宽级配非均匀沙起动特性 Shields 带状曲线成因分析以及基于隐蔽度分析的泥沙颗粒水下内摩擦角试验等相关研究,最后对泥沙颗粒相对隐蔽度的实验研究提出了展望。     

明渠紊流与床面形态相互作用研究进展

结合国内外最新研究动态,从明渠紊流与床面形态相互作用的研究方法、明渠紊流特点、紊流对沙波形态的影响、床面形态对紊流的反作用等方面对明渠紊流与床面形态相互作用进行了综述。当前明渠紊流特性、二维沙波床面水沙运动特性等方面的研究已经取得丰富成果,但尚不能很好地解释天然河流中的水沙输移机理;由于试验测量方法的限制,复杂床面条件下的水沙相互作用研究在相当长时间内没有取得突破性的成果,亟需探索和引入无干扰、高精度的三维瞬态全场测量技术;床面几何形态、沙波发展演变方面的研究相对成熟,但床面的稳定机理尚存在分歧,理论模型和数学模型均不够完善,尤其沙波内部渗流与明渠紊流综合作用下的床面稳定性和泥沙运动特性研究还比较少,是今后进一步探索的方向,其成果可为揭示三维沙波床面紊流与泥沙相互作用机理提供必要的前提。     

火电厂取水工程中泥沙问题及试验研究

近几年来，结合具体工程，中国水利水电科学研究院泥沙所对十几个电厂的取水河段进行了泥沙模型试验研究。中提出了火电厂取水工程中应考虑的主要泥沙问题，即取排水河段的河势，取水工程头部河底高程度化，取水含沙量及含沙级配，河道中工程建筑物的影响等问题，并提出了模型试验基本资料的选择原则，试验资料观测及整理分析方法，指出了重点研究的问题。     

河道采沙对河流河道演变及人类生产活动影响研究述评

河流采沙活动将引起河流水体水质与河道演变的变化,同时亦将对水生生物与人类的生活环境以及相关人类生产活动造成巨大影响,该问题在近年来越来越引起国内外研究者和学者们的关注和重视。本文对国内外研究者就河流采沙活动对河流河道演变及相关人类生产活动的影响问题开展的研究工作及取得的研究成果作了全面的综合性介绍,并就该问题在今后应进一步开展的研究工作提出了一些看法和建议。