长江中游干流悬沙垂线分布研究

为探明长江中游河段悬沙垂向分布规律,在总结分析相关研究成果的基础上,进一步用实测资料对Rouse公式、张小峰公式、E M Laursen公式、莱恩-卡林斯基公式进行了对比研究及合理性分析,选择适用于长江中游各段悬沙垂向分布计算的合理公式。结果表明:当泥沙颗粒较细且含沙量较小(S0.1 kg/m~3)时,Rouse公式、张小峰公式、E M Laursen公式、莱恩-卡林斯基公式的计算结果与实测资料都比较吻合;在含沙量较小、紊动较大的中泓处,张小峰公式和E M Laursen公式的计算精度高;在长江中游河段近两岸处,莱恩-卡林斯基公式的计算精度较高。     

基于紊流掺混理论的含沙量垂线分布

基于紊流掺混理论,根据尼古拉兹试验数据拟合了一个新的掺混长度公式,新公式计算结果和试验数据的相关系数为0.997。采用Rouse公式的两个假定并结合扩散方程,得到了一个新的含沙量垂线分布公式,该公式在区间(0,h]内形式一致,结构较为简单,同时克服了Rouse公式在水面处含沙量为0的缺陷。通过浙江台州、山东日照等近海海域实测资料的验证,表明新的含沙量垂线分布公式能够客观地反映悬移质含沙量沿垂线的分布规律。     

强潮河口悬浮泥沙浓度垂向结构分析——以杭州湾乍浦水域大潮期为例

利用在强潮河口--杭州湾乍浦水域大潮期的现场实测水文、泥沙资料,分析了悬浮泥沙浓度的垂向结构.结果表明,在涨落潮周期内,除落憩前后较短的一段时间外,由于强潮河口强烈的水动力造成水体垂向混合均匀,研究区域悬浮泥沙浓度的垂向分布符合Rouse公式;如用六点法实测的底层悬浮泥沙浓度来代替近底悬浮泥沙浓度,会造成较大的误差;根据Rouse公式拟合,选取合适的近底距离,可求出对应的近底悬浮泥沙浓度,这比利用实测的底层悬浮泥沙浓度代替更为准确和合理;实测的底层悬浮泥沙浓度对近底悬浮泥沙浓度影响很大;实测的底层流速对近底悬浮泥沙浓度垂向分布的影响较大.     

基于分形理论的流速及含沙量垂线分布规律研究

明渠水流的流速分布和含沙量垂线分布规律目前大多是利用现代流体力学的基本理论结合一些假设得到的近似解,因而寻求更具理论基础更能与实际相符的公式一直是学术界研究热点问题之一。本文利用分形理论中自相似分形的标度律,研究了流速垂线分布和含沙量垂线分布的局部与整体之间的自相似现象,从而得到了二维明渠垂线流速分布和含沙量分布的规律。结果表明,基于分形标度律可以得到指数流速分布公式、对数流速分布公式及其它形式的流速分布公式;同样,基于分形标度律也可以得到含沙量垂线分布的Laursen公式、Rouse公式及其它形式的含沙量分布公式。     

长江口南汇近岸水域悬沙沉降速度估算

长江口南汇近岸水域1994年9，10月大、小潮期间悬沙浓度实测资料分析表明，涨潮或落潮平均悬沙浓度在垂向上呈指数分布，拟合Rouse(1937)公式。据此，探索应用：Rouse公式计算河口近岸水域悬沙沉速的分步求解法：先由涨(落)潮平均悬沙浓度和相对水深求出公式中的悬浮指标，再通过参数的确定从悬浮指标中反推出悬沙沉速。用这一方法近似计算得到南汇近岸水域的悬沙沉速：涨潮阶段平均为3．46mm／s，落潮阶段平均为3．00mm/s；全水域变化在2．14～4．38mm/s之间。     

长江口主要水道洪季悬沙有效沉速分布研究

通过对长江口六条主要水道洪季泥沙实测资料的分析整理,得出含沙量垂向分布近似呈指数分布,同时含沙量在平面上呈现出区域性变化的特点.由此,运用Rouse公式分别计算长江口各主要水道的悬沙有效沉速,结果表明,悬沙有效沉速基本在2.00～9.00mm/s之间变化.     

不同粒径下悬移质含沙量垂线分布公式的验证与比较

泥沙扩散理论是研究悬移质含沙量垂线分布应用最广泛的理论。介绍扩散理论并评述由扩散理论衍生出的Rouse公式、张小峰公式以及Zagustin公式。分别采用粗颗粒及细颗粒泥沙实测资料对3个公式进行验证比较,并对验证结果进行分析。结果表明:在粗颗粒情况下张小峰公式精度较高;在细颗粒情况下3个公式与实测资料均有较大出入,但对分布指数进行修正后Rouse公式及Zagustin公式精度较高。     

基于Rouse公式的紊流区悬沙粒径级配垂线分布规律

基于Rouse公式及紊流泥沙沉速公式,分别推导得到了紊流时的悬沙粒径及级配垂线分布公式,前者直接量化了泥沙“上细下粗”的垂线分布规律,后者则可用于计算不同水层及垂线上总的悬沙粒径级配。通过实例,应用粒径级配计算公式得到了不同水层的悬沙粒径级配。结果表明:泥沙粒径“上细下粗”的分布规律明显;在越远离床面的水层,细颗粒所占的比重越大,粒径分布越均匀。当考虑悬浮高度影响时,以最大粒径悬沙的最大悬浮高度为界,该高度之下级配“等宽”,该高度之上级配“上窄下宽”。     

含沙量沿垂线分布的简算法

本文以指数流速分布公式为基础,推导出悬移质含沙量沿垂线分布扩散系数εy的计算公式,与各家泥沙扩散系数εy作了分析比较,并导出了含沙量沿垂线的分布公式,克服了Rouse公式在水面含沙量为零的缺点。结合西北特点提出黄土地区悬移质含沙量分布规律,引用黄河实测资料验证公式结构正确,计算方法简便。     

定期冲洗式沉沙池溢流堰出池含沙量计算

水利工程平流型定期冲洗式沉沙池,是利用溢流堰输送清水的沉沙池.沉沙池末段表层水通过溢流堰出池.大禹渡沉沙池实测资料表明,沉沙池内悬移质含沙量沿垂线分布基本符合劳斯公式分布规律,劳斯公式可用来计算沉沙池含沙量沿垂线分布.采用谢鉴衡修正悬浮指标公式对理论悬浮指标值Z＜5部分进行修正,其结果与实测值比较吻合,Z≥5对含沙量计算影响甚微,可近似取Z1=Z.沉沙池溢流堰的极限吸出高度一般应通过试验来确定,在无试验资料的情况下,用式(6)计算是可行的.     

用指数流速分布导出的浓度分布公式

本文从悬移泥沙所需的能量来自紊动能量这一概念出发,指出了H.Rouse公式的物理内涵,从而用指数流速分布公式导出了相应的浓度分布公式,该式可以认为是Rouse公式的一种修正形式.最后,阐述了悬移质理论所得最后结果一致性的物理本质.     

辐射沙洲海域悬沙特征及悬沙浓度垂向运动规律研究

辐射沙洲海域的泥沙特征及运动规律研究是海岸泥沙运动力学研究的重要课题之一,也是江苏省沿海开发关注的热点问题之一。结合辐射沙洲海域大范围准同步实测泥沙资料,就悬沙粒径的平面分布特征及悬沙浓度的垂向运动规律进行了探讨和分析。结果表明,辐射沙洲海域悬沙中值粒径基本属于淤泥质范畴,虽具有沿岸和离岸的分布差异,但粒径变幅不大,基本在0.007mm以下;同时,海域悬沙浓度垂向分布近似满足Rouse分布律,但二者存在一定偏差,难以直接应用Rouse公式来描述辐射沙洲海域的悬沙浓度垂向分布特征。     

垂向平均含沙量计算方法初探

从2种悬沙垂向分布公式出发,结合对数流速分布公式,导出2种常见垂向平均含沙量计算方法的比值关系表达式。讨论了2种方法的区别与联系:两者不一定相等,比值可以大于1,也可以小于1,当近底相对水深稍大(如大于0.01)时加权平均含沙量小于算术平均含沙量,与实际相符;2种垂向平均含沙量的差异主要由悬沙及流速垂向分布不均匀性引起。对2种方法的实际应用情况进行了初步分析。     

基于悬移质泥沙分布理论的泥沙扬动流速公式

扬动流速是泥沙由间歇性滚动、滑动、跳跃运动转化为悬浮运动的临界流速,确定扬动流速对于预判沙质河床冲淤状态具有重要意义。在回顾前人研究成果的基础上,认为扬动流速概念适用的对象主要是非黏性沙质颗粒,它们的扬动状态同含沙量垂线分布图形存在的关系较为清晰,从而依据张红武及张罗号先后建立的含沙量垂线分布公式分别计算了不同悬浮指标下相对含沙量为0.85时的相对水深,得到一定水流条件下的颗粒悬浮高度拟合关系式,再通过假定泥沙扬动的临界状态为颗粒实际离开床面的运动高度已达相对水深0.03,即可得出泥沙扬动流速公式。通过与沙玉清和张罗号扬动流速公式的比较以及沙质河床实测水沙资料的检验,结果表明本文建立的泥沙扬动流速公式能较好地描述天然河流的泥沙扬动规律。     

泥沙沉降对水库中磷的空间分布影响

磷是水库富营养化的主要影响因子,对泥沙有很强的亲和性。为探究水库中磷的空间分布规律,针对泥沙沉降过程中对磷的吸附影响进行了模拟试验,研究了不同环境因素耦合作用下泥沙沉降对水库中磷分布的影响。此外,基于量纲分析及多元回归法建立了液相磷浓度垂向分布公式。结果表明：泥沙沉降过程中对磷的吸附导致液相磷的垂向分布呈上浓下稀的趋势。泥沙粒径越小、含沙量越高、水深越大,则液相磷元素的浓度梯度越大,垂向分布越不均匀。液相磷垂向分布公式表明,液相磷浓度梯度与含沙量的1/4次幂、泥沙粒径的-2/3次幂和水深的1/3次幂成正比,液相磷浓度最小值与含沙量的-1/20次幂、泥沙粒径的1/10次幂和水深的-1/10次幂成正比。公式计算值与试验数据基本吻合,表明该公式对研究水库磷元素的空间分布有重要参考意义。     

关于悬移质含沙量沿垂线分布的几个问题

本文从悬移质扩散方程出发,根据粘性流体的非滑移条件,考虑了泥沙颗粒周围有部分流体随泥沙一起运动的特点,得到了一个新的平衡情况下恒定均匀二维明渠流的悬移质运动的基本方程,即其中m。等于泥沙体积和随泥沙颗粒一起运动的水体体积之和与相应体积内的泥沙体积之比.它与泥沙颗粒的大小,形状及含沙量有关.根据上述方程得到的含沙量沿垂线的分布公式,不仅较好地克服了Rouse公式中存在的水面含沙量为零、床面含沙量为无穷大的两大缺陷,而且其结果与实测资料较为符合,特别是近底含沙分布与实际情况十分吻合.     

南桠河三级水电站入渠含沙量和悬移质颗粒级配验证

本文根据南桠河三级水电站取水口前后实测含沙量和颗粒级配资料,比较了两种悬移质垂线分布计算方法。结果表明,采用罗斯公式并使用谢鉴衡修正悬浮指标计算时,入渠含沙量和颗粒级配计算值与实测值吻合,可在工程设计中使用。     

明渠水流含沙量沿垂线分布研究

本文在分析天然河道高含沙水流实测含沙量分布的基础上，得到泥沙紊动扩散系数εs沿垂线分布的规律是：河底为零；河底至相对水深Y／H＝0.2范围内εs随水深增加而变大；Y／H＝0.2至水面区间基本是一常数，这与Anderson整理分析一般低含沙水流资料得到的结论是一致的，然后用分析所得的紊动扩散系数εs的表达式代入泥沙扩散方程求解析解，导出二维均匀明渠水流在平衡情况下悬移质含沙量沿垂线分布公式，该公式克服了经典的Rouse公式的两个缺陷，且与天然河道实测资料吻合较好。     

再悬浮底泥污染物在水体中的分层释放特征

通过环形水槽实验,该文研究了水流条件和含沙量对悬浮泥沙污染物在水体中动态释放的影响。结果表明,悬浮泥沙污染物的分布和流速及泥沙浓度有着"亦步亦趋"的紧密关系,流速变化和泥沙浓度变化能明显地改变水体中污染物的释放特征。水流流速是改变水体污染物浓度分布的主要动力因素,水槽中清水和挟沙水流在流速的垂向分布上有着显著的不同,挟沙水流靠近水表面的流速比平均流速更大,近底流速更接近于平均流速。在一定的水力条件和含沙量条件下,悬浮黏性泥沙在水体中存在明显的分层结构,浓度突变点在水深的三分之一处,并随深度向水面及水底变小。污染物的垂向分布形成略滞后于泥沙浓度分层和水流流速分层,且污染物的垂向浓度分布更加均匀。水流的流速越大,泥沙污染物的分布随着深度的变化差异也越大;水体的含沙量越大,泥沙污染物的垂向分布越趋向于均匀。     

珠江磨刀门河口悬沙浓度变化特征分析

根据2011年枯季和2012年洪季在大、中、小潮期间的多点同步现场观测资料,分析研究了磨刀门河口悬沙浓度变化特征。结果表明:磨刀门口悬沙浓度纵向分布呈近岸高,远岸低的趋势;横向分布具有季节性差异,洪季主槽大于滩地,枯季滩地大于主槽;垂向分布洪季主要以斜线型分布为主,枯季主要以抛物线型分布为主。潮周期平均含沙量大潮普遍大于中、小潮;洪、枯季磨刀门口外落潮含沙量普遍大于涨潮含沙量。洪季含沙量混合较为均匀,落潮时含沙量增大,涨潮时含沙量减小,枯季含沙量分层明显,。受波浪潮汐作用,一个周期内有多次明显的再悬浮过程,涨潮时增大,落潮时减小。