基于ADCP的长江口推移质运动遥测技术研究

利用ADCP底跟踪技术遥测了长江河口北港段推移质运动过程,并对推移质运动状态进行了分段研究。结果表明:无推移质运动状态下,测量误差主要受近底悬沙影响,推移质流速沿水流方向被高估;部分推移质运动状态下,推移质运动视速度与垂线平均流速呈指数相关;普遍推移质运动状态下,两者线性相关显著,且推移质运动速度误差将随流速变化而改变,测量精度主要受脉冲长度和近底悬沙影响。基于ADCP测量数据的推移质单宽输沙率公式合理有效,可以用于河口推移质输沙率的快速定量。     

山区河流推移质运动的野外试验研究

山区河流推移质运动与河床结构发育程度之间紧密联系,认识这种联系有助于揭示山区河流的推移质输沙规律。通过专门设计制作的推移质运动观测-视频采集系统和河床结构发育程度测量装置,对河床结构发育良好、部分发育及无河床结构(平整床面)三种典型床面条件的山区河流推移质颗粒运动进行了观测分析,并初步研究了推移质运动和河床结构发育程度的制约关系。试验发现,河床结构发育良好时,推移质输沙率很低,推移质输沙主要通过跃移运动实现;河床结构部分发育时,颗粒跃移强度上升,并逐渐有颗粒突破结构束缚,在床面滚动(间或滑动);无河床结构条件下,滚动(间或滑动)和跃移输沙均为推移质输沙的重要方式;如果水沙浓度达到一定值,可能发生层移质运动,滚动(滑动)输沙超越跃移输沙成为推移质输沙的主要方式。宏观上看,山区河流推移质输沙和河床结构发育程度之间相互制约。对同一河段,当水流功率不变时,推移质输沙率和河床结构发育程度之间在对数坐标下基本呈线性负相关关系。     

沙波运动与推移质输沙率

本文依据沙波运动尺度，从沙波运动角度建立了推移质输沙率表达式，该式既能用于均匀沙又能用于非均匀沙的输沙率计算，并经百余组室内外实测资料的验证，同时与其他公式进行了对比，结果表明，在各种强度的输沙情况下都能较好的吻合。     

长江上游卵石推移质运动规律的研究

本文从长江上游卵石推移质的粒径、比重和河床构成等基本物理因素的分析入手,根据天然实测和物理模型试验中获得的各项资料,分析了卵石河床演变规律的机理;卵石推移质的运动方式;阐明了某些浅滩洪水淤积量在某些年份会突然超过年输量一倍的发生原因;并在观测和分析卵石推移质输沙带现象的基础上,提出了一个计算输沙带宽度和断面输沙率的方法,为卵石推移质的二维数学模型提供了较为合乎实际的物理图象.     

挟沙水流的运动机理和输沙能力

本文是作者和一些同志近年来所进行挟沙水流的水流和泥沙运动机理和输沙能力研究成果的概括。内容包括：把挟沙水流运动视为统一体的观点；悬移质流速分布、浓度分布以及悬移质输沙率计算模式的讨论；作为推移质运动主要运动形式的颗粒跃移的运动机理以及对于Ｂａｇｎｏｌｄ推移质输沙率公式的修正等     

河床表层冻融作用下推移质输移特征研究

高纬度河流系统常会经历季节性冻结与融化。为揭示冻融作用对床面推移质运动的影响，本研究以未经历冻融过程的常规室温(20 ℃)推移质输沙实验结果为基准，保证实验条件不变，开展了均匀沙与非均匀沙床表层冻融后的室温(20 ℃)推移质输沙实验，综合比较了冻融作用影响下推移质输沙率与级配组成特征。结果表明，河床表层冻融后的推移质输沙率均高于无冻融作用的推移质输沙率，据此提出了有冻融影响与无冻融影响下的推移质输沙率比值ζ。研究显示，冻融作用下的推移质输沙率呈有规律变化：剪切力较小时ζ较大，剪切力较大时ζ减小并逐渐趋于1.0;非均匀沙中，随着泥沙粒径增大，各粒径组的ζ逐渐减小;低流量驱动时，冻融作用对非均匀输沙级配组成的影响显著，并随着流量增大而逐渐减弱。本研究剖析了冻融作用对推移质输沙率与级配组成的影响，有助于认识冰冻区河流的河床稳定性与河床演变情势。     

黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征

泥沙在水与河床演变中起到纽带作用,因粒径不同,其运动形态、运动规律以及对河床的作用等不尽相同。因此,研究河床演变就不能轻视泥沙的运动特性,尤其是黄河内蒙河段这种水沙异源的河道。根据实测和实际钻探采样资料,分析了该河段悬移质和河床质的泥沙组成。并以此为基础,从起动扬动、悬浮高度、挟沙能力等角度探讨了主要粒径泥沙在一定水流条件下的运动形态与规律。通过能量和功率方程求得黄河内蒙河段的推移质输沙率。结果表明,内蒙河段悬移质基本上由粒径小于0.080 mm的泥沙组成,而河床质主要粒径为0.100~0.500 mm,其中粒径为0.100~0.250 mm的泥沙活跃于冲淤过程。推移质输沙率的分析表明,来自黄河内蒙古河段上部的粗颗粒泥沙不易被水流长距离挟带,大部分淤积在三湖河口上游。     

试论推移质输沙率公式

推移质输沙规律研究是泥沙基本理论的重要内容.在对前人主要研究成果开展述评的基础上,进一步从能量平衡观点及能耗图形出发,全面考虑影响河流推移质运动的因素,合理确定不同条件下的泥沙起动流速、摩阻参数A65与水下休止角,建立了物理图形清晰、结构合理、便于使用且适用性更强的推移质输沙率公式.采用大江大河与中小河流资料以及试验室实测资料对公式的检验结果表明,文章建立的公式(19)在不同条件下均能同实测点据接近,有效提高了推移质输沙率公式的计算精度和工程实用价值.     

浑水推移质分组输沙研究

天然河流的泥沙输移大多在浑水条件下进行,浑水条件与清水条件下的输沙机理存在一定差异。基于近底泥沙交换三状态随机-力学模式,考虑了床沙与推移质向悬移质的净交换,引入扬动概率,建立了浑水中非均匀推移质分级输沙率公式,进而导出总输沙率及推移质级配的计算式。浑水条件下进行的推移质输移水槽试验和野外实测资料验证了该理论公式的合理性与可靠性,并发现浑水条件下推移质级配可能粗于原始床沙级配。研究结果表明:在浑水中,以悬移质形式存在的砂质泥沙含量对有效估算推移质输沙率有着不容忽视的影响。在某粒级运动泥沙总量不变的前提下,由于一部分沙粒悬浮于水体中,将使得推移质数量相对减少。     

悬移质近底参考面平衡浓度的一个计算公式--对Lane与Kalinske模式的改进

根据推移质与床沙交换、悬移质主要与推移质交换的物理背景，采用Einstein床面泥沙的起动概念及推移运动概率函数表征床面泥沙起动及推移运动，采用Lane与Kalinske提出的泥沙因水流垂向脉动而进入悬浮运动的模式表征推移质进入悬浮运动的过程，建议一个床面层高度，建立了一个悬移质近底平衡浓度的一个计算公式。公式的参数由实测资料确定，公式经过了独立资料的检验，计算精度在可以接受的范围内。基于本文建议的床面层高度及参考面平衡浓度公式，建立了悬移质输沙率计算方法，取得了满意的输沙率计算精度。对于细颗粒泥沙的悬移质输沙率计算，本文公式克服了Einstein方法的缺陷。     

潮汐河口推移质输沙数学模型

本文建立了河口推移质输沙数学模型,模型以二维圣维南方程和河床变形方程为基础,采用ADI法差分格式和动边界技术求解平面流场,引进推移质输沙模式,进行非恒定流条件下的河床冲淤计算,以鸭绿江河口丹东港及其附近航道为例,进行了80个潮周期的冲淤过程计算,结果与实际测量值接近.     

基于数字图像处理技术的推移质输沙率测量方法

针对传统推移质输沙率测量方法只能对水槽末端或某个断面的输沙率进行测量的缺陷,提出了基于数字图像处理技术的推移质输沙率测量方法。使用激光对推移质表面进行示踪,利用导光玻璃消除水面对激光片光源散射的影响,用图像处理技术获得推移质高度,〖JP2〗结合高精度运动机构的运动定位,得到高度随时间、空间的变化量,可快速准确地计算水槽实验中任意断面的推移质输沙率。     

长江寸滩站卵石推移质输沙规律

寸滩站是长江干流主要水文测站之一，经分析实测资料，建立了流量与流速、水深、水面宽、卵石推移质输沙率、推移质最大粒径的相关，分别写成指数议程，通过实测资料检验，现有的均匀沙起动流速公式不能反映雨滩推移质起动规律，引进床沙隐暴系数，建立了不均匀库沙级配的起动流速公式，根据流计平均和多元回归分析，建立了雨滩卵石多质分组输沙率的计算公式。按公式计算的卵石推移质输沙率和实测值比较，获得满意结果；根据分组输沙率公式算出的卵石推移质级配线与实测的比较，也得到满意结果。     

基于高速摄像技术的推移质床面沙条带结构试验研究

本文开展推移质平衡输沙试验,基于图像处理、PTV方法和卡尔曼滤波算法,分析床面推移质泥沙颗粒运动规律。在此基础上使用SFM方法重构床面三维地形并与颗粒运动对比,以研究推移质运动与紊流相干结构相互作用机理。结果表明:(1)通过本文方法,可从颗粒尺度较好识别推移质运动轨迹,为推移质运动机理研究提供新思路。(2)一定水流强度条件下(Θ=0.048,0.06),推移质运动强度在床面沿横向方向存在高低间隔的带状结构,水槽中间区域明显,至水槽两侧结构逐渐消失。(3)床面形成交替间隔的沙脊和沙垄结构时,沙垄区域推移质运动强度大,沙脊区域推移质运动强度小。(4)流向涡模型能够很好地解释推移质运动强度及床面沙脊沙垄结构沿横向间隔分布的特征。推移质床面沙条带结构和大尺度流向涡结构相互耦合,形成稳定的时间平均尺度床面结构。     

河道输沙率的紊动

本文根据天然河道输沙过程实测资料的统计分析,得出了悬移质,沙质推移质与卵石推移质的输沙率紊动分布及其统一的分布律。从而进一步阐明了它们的紊动特征与运动图式,并据此分析了推移质的紊动对工程实际的巨大影响。     

非均匀推移质瞬时输沙率试验研究

推移质输沙率是泥沙运动力学的重要内容。目前,推移质输沙率的研究大多集中于时均输沙率,对瞬时输沙率的研究则相对较少。首先,介绍了Ballio提出的均匀沙瞬时输沙率的计算方法,对其进行推导得到非均匀沙瞬时输沙率计算公式;其次,通过非均匀沙水槽试验中得到不同颗粒泥沙的瞬时运动速度,代入改进的Ballio输沙率公式中,计算得到瞬时输沙率;然后,采用定义方法计算瞬时推移质输沙率,并与Ballio方法进行比较,结果表明两种方法得到的推移质瞬时输沙率较为接近,说明采用改进的Ballio方法计算非均匀推移质瞬时输沙率是可行的。同时,通过大量试验,揭示了非均匀推移质瞬时输沙率在时间上不稳定性、在空间上不均匀性以及运动过程中间歇性等特性。     

沙质河床推移质输沙率计算研究

沙质河床推移质输沙计算无论在河流动力学的基本理论研究,还是在工程应用方面都有重要意义。本文回顾了前人主要研究成果,认为因推移质输沙率测验精度低而使现有公式多不适用于典型沙质河床,故在阐明推移质与悬移质泥沙交换运动机理基础上,借助因测验精度较高而在学科研究较成熟的悬移质含沙量垂线分布公式,通过向河底外延推求出推移质泥沙输沙率,并充分考虑泥沙粒径、水流强度及水力摩阻特性对沙质推移质输沙厚度的影响,得到了物理概念清晰、形式较为简明的沙质推移质输沙率公式。通过黄河细沙河床实测资料验证结果表明,本文建立的公式比前人推移质输沙率公式具有较高计算精度,可以应用到推移质输沙率测验精度不能保证的沙质河段的河床变形计算。     

北江清远河段推移质运动规律初步研究

采用理论分析、变坡水槽试验与实体模型试验相结合的研究方法,针对北江清远河段推移质泥沙特性及运动特性,进行了泥沙起动及输移的水槽试验,并对泥沙的起动与输移规律进行了初步研究。根据起动试验结果,得出了反映颗粒隐蔽和暴露作用的隐暴系数表达式;根据输移试验结果分析了推移质输沙率的特性,并通过与其它公式进行比较,得到适应于该河段的推移质输沙率公式。     

天然河流沙质河床上器测推移质输沙率含义的商榷

作者基于天然河流沙质河床上的推移质和悬移质两类运动形式的泥沙,不存在一个能够截然划分的界面,认为在沙质河床上利用推移质采样器实测的推移质输沙率,其组成不都是推移质泥沙,其中尚包括悬移质中的床沙质泥沙。为此,本文分析了长江中游干流宜昌和汉口水文站河段利用推移质采样器实测的推移质输沙率和与之相应测次的、按测时水沙条件计算的临底流层内悬移质中床沙质泥沙输沙率的相关关系,论证了沙质河床上器测推移质输沙率中推移质泥沙和悬移质中床沙质泥沙组成的机理。     

峡谷壅水河段推移质输沙规律探讨

以奉节站为例,对峡谷壅水河段水沙运动现象进行了描述,分析现有推移质输沙率公式在峡谷壅水河段的预测效果,对峡谷上游附近河段推移质输沙规律进行了探讨,指出峡谷壅水河段由于水深、比降及床面补给的复杂性,推移质运动的不连续性,致使现有输沙率公式不能适用于此类河段。