水流的冲泻质输沙机理研究I：理论分析

本文理论分析表明，水流挟带的细颗粒是否参与造床，不仅与颗粒大小、水流强弱有关，而且与流域来沙中颗粒浓度密切相关，通过分析细颗粒在床面附近浓度分布，发现细颗粒能够在水流中大量存在，但不参与造床的条件为上游来沙中细颗粒浓度小于水流的最大冲泻质输沙能力；其本质原因是水流相对强度足够大，床面附近作用在细颗粒上的升力大于颗粒浮重，使得细颗粒浓度在床面附近自上向下迅速趋近于零而具有正的浓度梯度，文中将水流输运泥沙分为冲泻质、冲泻型床沙质和床沙质三种，并作出了定量定义，澄清了一些概念上的混乱。     

水流的冲泻质输沙机理研究Ⅰ：理论分析

本文理论分析表明，水流挟带的细颗粒是否参与造床，不仅与颗粒大小、水流强弱有关，而且与流域来沙中细颗粒浓度密切相关。通过分析细颗粒在床面附近浓度分布，发现细颗粒能够在水流中大量存在，但不参与造床的条件为上游来沙中细颗粒浓度小于水流的最大冲泻质输沙能力；其本质原因是水流相对强度足够大，床面附近作用在细颗粒上的升力大于颗粒浮重，使得细颗粒浓度在床面附近自上向下迅速趋近于零而具有正的浓度梯度。文中将水流输运泥沙区分为冲泻质、冲泻型床沙质和床沙质三种，并作出了定量定义，澄清了一些概念上的混乱。     

粘性细颗粒泥沙水流挟沙力计算公式

1引言由于粘性泥沙不仅大量存在于淤泥质海岸、河口，对那里的河床演变起决定性作用，而且在内陆河流泥沙中也占相当的比重，因此，粘性泥沙水流挟沙力的研究，是泥沙研究中的重大课题，它可以为解决港口回淤、海岸河口演变及挖槽淤积、水库淤积等工程问题提供理论依据，也可以为河流泥沙数学模型提供必要的参数，粘性泥沙水流挟沙力的研究具有现实的意义。由于细颗粒泥沙水流挟沙力往往很大，一般河流中的冲泻质处于次饱和状态，给人造成一种错误印象：即粘性细颗粒泥沙没有水流挟沙力。但是，在考虑水库淤积，尤其是库容曲线的变化及水库…     

粘性细颗粒泥沙挟沙规律试验研究

通过粘性细颗粒泥沙水槽试验研究, 证实粘性细颗粒泥沙在一定的水力泥沙条件下,存在水流挟沙力, 其本身的输沙能力受到粘性泥沙的水流挟沙力限制; 但是在另外一些水力泥沙条件下, 粘性泥沙的水流挟沙力很大, 河流中的粘性泥沙表现为冲泻质的性状, 并不受到粘性泥沙水流挟沙力的制约。另外, 从研究粘性泥沙本身所特有的电化学性质出发,介绍了所推导的粘性泥沙水流挟沙力的计算公式。     

传统泥沙扩散方程的误差分析

基于封闭的两相流颗粒相动理学模型，分析了传统泥沙扩散方程的概念性误差，结合Einstein＆Chein(1955)试验资料对误差作了定量分析。由于不能反映惯性力、升力、泥沙应力梯度等影响，传统泥沙扩散方程仅适用于含细颗粒的低浓度流动；在固液密度比、径深比、沙粒雷诺数和水流能坡较大的流动中，传统泥沙扩散方程的预测结果可能存在较大误差。基于动理学模型的扩散方程能很好描述泥沙的垂向扩散特征，显示了在不同挟沙水流条件下的适用性。     

极细沙含量对粗沙输移能力影响研究综述

从泥沙颗粒级配和挟沙能力两个方面分析了极细沙含量对粗沙输移能力影响的研究成果,认为:①冲泻质与床沙质的分界粒径还有待于进一步研究;②关于极细颗粒泥沙对粗颗粒泥沙输移的影响程度、粗细颗粒泥沙的分组挟沙力计算、影响机理以及极细颗粒泥沙的絮凝问题还有待于继续探索;③细颗粒泥沙对粗沙输移能力的影响研究成果在黄河上的适用性有待商榷;④对细颗粒泥沙的黏性作用、粗颗粒泥沙的隐蔽作用和絮凝动力机制还有待于深入研究.     

湍流中泥沙垂线分布的力学解释

作者从泥沙垂向动量交换出发，分析了泥沙在紊流中由于湍流脉动产生的升力效应，并综合考察了非湍流脉动原因存在的升力以及在不同浓度下含沙水流中泥沙受到的有效重力，得到了基于力学角度的泥沙浓度垂线分布的关系式。在此基础上，通过对床面粗糙度、泥沙粒径和含沙量等影响泥沙浓度垂线分布有关因素的分析，探讨了挟沙水流中两种不同浓度分布类型产生以及转化的原因，并结合具体的试验资料对泥沙浓度垂线分布形态时行了计算和验证，取得了较好的结果。     

细颗粒悬沙浓度分布的影响因素分析

从颗粒运动的PDF(概率密度分布函数)输运方程出发建立颗粒相的质量、动量和脉动速度二阶矩方程。对明渠二维恒定均匀流，利用垂向动量方程导出了修正的泥沙扩散方程，表明颗粒脉动强度梯度、升力、有效重力和紊动扩散都影响悬沙运动。理论和数值分析了细颗粒泥沙的密度、粒径、浓度，挟沙水流的水深和剪切流速等因素对泥沙扩散系数和浓度分布形状的影响，并定量分析了细颗粒试验资料，表明传统扩散方程在粒径、剪切流速相对较大、水深和水沙密度比较小的流动中存在较大误差，需要修正。     

非均匀沙不平衡输沙的理论研究

文中首先给出了由我们建立的床面泥沙交换理论导出的非均匀沙扩散方程的边界条件。建立了恢复饱和系数的表达式,包括了强平衡输沙和不平衡输沙两种情况。同时给出了泥沙在床面静止、滚动、跳跃与悬浮的概率方程和数值结果。引进了挟带分组泥沙的水量百分数,它是研究非均匀沙的重要概念和工具。进而论述不平衡输沙时总挟沙能力、挟沙能力级配及有效床沙级配的方程。证实了床沙质、冲泻质与全沙具有统一的挟沙能力。最后从理论上证明了在河道中粗细泥沙发生交换的现象。     

水库下游冲刷的数值模拟—模型的构造

由于水库下游冲刷过程中悬移质与推移质、推移质与河床质、河床质与悬移质交换机理及床沙粗化机理的复杂性,使得研究水库下游冲刷数学模型的难度较大。 为了研究水库下游冲刷、河床演变问题及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响,本文建立了一维全沙数学模型,模型考虑了非均匀悬移质不饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。文中考虑了冲刷过程中挟沙能力的沿程调整,挟沙能力包括以下三个方面,即悬移质中细颗粒部分从累计效果看不参予与床沙交换(冲泻质),这部分泥沙全部计入挟沙能力;悬移质的粗颗粒部分落淤到床面与床沙交换后部分地计入挟沙能力;床沙中可悬浮部分从床面冲起后部分地计入挟沙能力。非均匀沙推移质输沙率公式考虑了床沙运动的随机性及床沙粗化对输沙率的影响。床沙级配的调整采用CARICHAR混合层模型。对计算中经常遇到的关键性问题提出了处理方法。     

小浪底水库清淤与黄河下游减淤分析

分析了黄河下游清淤方式和已有的研究成果,表明增大水流悬移质泥沙中细颗粒含量,并且颗粒级配合理,就可能形成利于泥沙输移的高含沙水流。提出采用管道排沙将小浪底水库内淤积的细颗粒泥沙排向下游的方案,一方面可以增大小浪底水库拦粗沙库容,另一方面可以提高黄河下游河道水流挟沙能力。     

泥沙输移的理论研探

本文通过对泥沙颗粒在水中的受力情况分析，从理论上导出了描述推移质运动的数学表达式．在此基础上，又导得了挟沙水流的底部含沙量，从而使泥沙运动的扩散方程能够方便地运用到工程实际问题之中．     

泥沙起动流速研究

从泥沙起动的特点出发，将瞬时作用流速、起动标准、泥沙颗粒在床面的相对暴露度及附加质量力等影响因素同时引入到推移质泥沙起动中，使分析泥沙起动时考虑的因素更加全面。采用经典力学与统计理论相结合的方法，得到了泥沙起动无量刚切应力公式。并对公式中的系数进行了数值计算。结果表明，该系数并非为一个常数，而是在一定的范围内，且随床面上颗粒的相对暴露度而变。同时，还得到了概括散粒体和粘性细颗粒泥沙的统一的均匀沙起动流速公式的上、下限。说明其系数也是在一个区间取值。 关键词：泥沙；临界切应力；起动流速     

较细颗粒泥沙对较粗颗粒泥沙水流挟沙力的影响试验研究

1　研究现状关于在高含沙水流输送中细颗粒泥沙对粗颗粒泥沙水流挟沙力影响的研究,前人已做了大量工作。布鲁赫和卡赞斯基[1]曾做过管道输沙试验。结果表明:在输送0.3ｍｍ的粗颗粒泥沙的管路中,加入0.01ｍｍ的细颗粒泥沙可以使水头损失显著减少、水流粘性增大、粗沙输沙能力增大,同时紊动强度显著减弱。同样的结论能不能在明渠中实现呢?即细颗粒泥沙使粗颗粒泥沙水流挟沙力增大的事实能否在明渠中成立呢?日本学者吉川和福冈曾进行过专门的试验来研究细颗粒泥沙的存在对粗颗粒泥沙输沙的影响[2]。试验在8ｍ长、0.4ｍ宽的玻璃循环水槽内进行,…     

泥沙粒径与水流紊动关系试验研究

挟沙水流中的泥沙颗粒因水流紊动而悬浮，同时受重力作用而下沉。由于水流中的泥沙颗粒会对水流紊动产生影响，反之，水流紊动也对泥沙颗粒分布产生影响，它们之间作用是相辅相成的。本文采用超声流速仪（MicroADV）量测挟沙水流的时均流速沿垂向分布，同时对泥沙颗粒粒径的分布进行了试验，研究了泥沙颗粒粒径d50和水流紊动强度在沿垂向分布之间的内在联系，结果表明：泥沙颗粒粒径和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，并用实测资料对他们进行了拟合，建立了它们之间的关系式，有一定的实用价值。     

粗化床面非均匀沙推移质运动扩散特性研究

对泥沙颗粒运动规律的把握是准确估算推移质输沙率的基础。本文开展了粗化床面条件下的水槽试验，分析了非均匀沙颗粒的均方位移和速度自相关系数变化，并与已有均匀沙试验进行了对比。结果表明，粗化床面存在着由单个或多个粗颗粒组成的粗化结构体，形成比平整床面更复杂的底部边界，粗化结构体对泥沙颗粒运动造成较大影响，颗粒在运动过程中与水流动量交换强度大，泥沙颗粒运动与均匀沙试验“类弹道扩散”存在一定差异；受床面结构影响，部分颗粒表现出较强的横向运动，颗粒的横向扩散特性与流向扩散特性类似。与均匀沙平整床面不同，粗化床面上颗粒运动可能会相应改变床面结构，从而改变水流底部边界条件，进而对泥沙颗粒运动造成影响，泥沙颗粒运动存在较明显的记忆效应和反常扩散现象。     

明渠挟沙水流中悬移质的床面平衡浓度

本文通过泥沙颗粒运动的概率密度输运方程，推导出床面附近运动的泥沙颗粒的概率密度函数及相应的泥沙颗粒向上运动和向下运动的通量，建立了计算明渠挟沙水流悬移质床面平衡浓度的关系式。通过与试验资料及经验公式的比较对本文建立的关系式进行了检验，结果表明本文所得计算公式与实际符合较好，可用于悬沙床面平衡浓度的计算。     

非均匀沙水流挟沙力公式改进

水流挟沙力是泥沙研究中的一个关键问题之一。扬国录等[8，9]分析了水温、泥沙的级配对挟沙力影响，用分组的方法建立了一个水流挟沙力公式。在前人的研究基础上，考虑大小泥沙颗粒的相互作用和床沙的悬起概率对挟沙力的影响，对扬国录的挟沙力公式进行了改进，利用改进后公式对117组资料进行预测，通过计算分析发现，用改进后公式计算，无论是在低含沙量或高含沙量时，计算值和实测值都基本符合，相关系数有所提高，说明改进是有意义的。     

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。     

挟沙水流中悬浮颗粒的漂移—扩散方程

本文基于固液两相流动双流体模型的基本方程推导得到了挟沙水流中悬浮颗粒的漂移-扩散方程，该方程表明，除重力外，作用在颗粒上的升力、虚拟质量力、Basset力等，以及颗粒间相互作用都会影响颗粒浓度分布，对明渠中悬浮颗粒浓度垂线分布分析结果表明，在床面附近有较大值的升力是使得悬浮颗粒浓度在趋近床面时增大趋势趋缓，甚至趋向于零的重要因素，本文公式与明渠实测悬浮颗粒浓度垂线分布的对比也证实了这一点。