水流挟沙力的统计理论计算方法及其应用

将水流挟沙力作为二维问题处理是水流挟沙力研究的重要方向,采用非均匀沙水流挟沙力的统计理论方法,根据泥沙状态概率和有效床沙级配,推导了悬移质挟沙力、推移质输沙率和推悬比统计理论公式,利用黄河下游水沙资料对公式进行验证,并与半经验悬移质挟沙力和推移质输沙率公式进行计算对比验算。计算结果表明,采用统计理论公式计算中、低含沙水流非均匀沙悬移质挟沙力较为准确,统计理论方法计算的推悬比较为稳定,黄河下游底悬比在0.06~0.11之间变化,可以采用统计理论方法的推悬比公式计算黄河下游的漏测底沙量。     

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。     

Einstein均匀沙推移质输沙率公式的修正

为更好地完善推移质输移理论,采用无后效的Markov过程描述床沙、推移质和悬移质运动的随机性,推导了新的推移质输沙率公式结构.引入隐蔽角的概念,进一步量化分析床沙位置分布特性.采用全概率泥沙起动概念,推导了考虑水流条件随机性和床沙位置分布特性的泥沙起动全概率.基于垂向脉动流速,得到了泥沙起悬概率,最终构建了新的推移质输...     

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。     

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。     

考虑推悬运动特性的全沙数学模型

本文分析了推移质和悬移质的运动形式，运动区域、运动规范、能量来源、挟沙能力及其计算公式，造床作用大小、断面冲淤分布、冲淤同步性、孔隙率、泥沙级配的计算方法以及实测资料所提供的初始边界条件等的不同，提出一个考虑推移质和悬移质不同运动特笥的一维全沙数学模型，其建模地基本思路是：在水流部分计算之后，将程序分两个循环，采用各自的计算方法，分别计算推移质和悬移质在同一水流条件下的上游来沙量、水流挟沙能力、断面实际输沙量、断面冲淤面积、新泥沙级配、冲淤厚度的横向分布、泥沙孔隙率，然后半它们的冲淤厚度按其非孔隙部分为权进行迭加，作为冲冲淤厚度。本文还提出了悬移质冲淤厚度横向分布公式，冲冲淤厚度迭加公式，本模型的计算结果与重庆两江汇合口河工模型试验成果，进行了比较，符合程度较好。     

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。     

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。     

床面泥沙的状态转移概率与质量交换率

本文首先根据床面泥沙状态转移的临界条件建立起不同状态转移概率的计算公式,进而对不同运动形式的床面泥沙之间的质量交换率进行了探讨,并导出相应的计算公式.作为质量交换率的初步应用实例,文章最后讨论了平衡输沙条件下的悬移质挟沙能力和推移质输沙率的计算方法。     

非牛顿体固液两相流的试验研究

非牛顿流体中固体颗粒的运动可分为推移质、悬移质和中性悬浮质运动.颗粒在非牛顿流体中的沉速显著小于清水中的,这反映了非牛顿流体中颗粒运动的阻力系数显著增大.非牛顿体明渠流中一般推移质运动适合拜格诺公式,但比水流中的推移质运动更容易发展成层移质运动,此时输沙率比拜格诺公式的值大.当非牛顿体流动转为层流时,表层流速加快而挟带的推移质显著减少. 与水流相比,非牛顿流体的悬移质挟沙力大得多,但冲刷率在小流量时较小,大流量时则大得多.大流量非牛顿流体明渠流中常发生严重冲刷,在一定条件下可能发生“揭河底”冲刷.试验中复演了这一特殊的冲刷现象.     

远距离输沙干渠的临界纵坡研究

挟沙水流一般要求比同等条件清水水流更大的能坡．才能保持泥抄不淤。本文在非均质输抄水流不淤流速研究基础上，提出输沙平衡条件下渠道临界最小纵坡的确定方法，论证了输沙渠道能坡的两部分组成，可澄清对挟沙水流阻力的分歧认识。经实际资料验证．文中提出的临界纵坡及输-抄渠道断面的确定方法可用于引黄远距离输沙干渠的设计．也为黄河中下游节水减淤的高含抄放淤渠道提供计算依据。文中对影响干渠纵坡的有关因素进行了分析，并附有计算例子。     

导沙坎导沙机理及设计方法

根据水槽试验的结果，阐述了导沙坎防沙的原理、导沙坎附近水流及泥沙运动规律，分析了影响导沙坎导沙效果的几个主要因素：流速、导沙坎高度，以及导沙坎与水流的夹角．从推移质泥沙运动的机理出发，进行理论分析推导，得到导沙坎相对高度与相对水流强度的关系式，利用实际工程及模型实验的有关资料进行回归分析，确定出关系式的系数和指数，为实际工程的设计提供了科学的依格     

冲积河流悬移质泥沙与床沙交换机理及计算方法研究

本文在分析前人研究成果的基础上，从非恒定挟沙水流沙量平衡入手，建立了冲积河流悬移质泥沙与床沙交换关系表达式，并引入平衡冲淤物粒径的概念，对冲淤物粒径的计算方法进行了系统分析，提出了一整套计算非恒定挟沙水流悬移质泥沙与床沙交换的模式与方法，同时将该方法引用到数学模型中，采用黄河下游典型洪水进行了验证。     

淹没柔性植物对明渠推移质运动影响的实验研究

由于水流中植物的存在,使推移质泥沙运动规律变得更为复杂,目前,含植物水流中推移质泥沙运动的研究成果较少。实验研究了含淹没柔性植物水流中,不同植物密度及水深对时均流速、脉动强度、泥沙起动流速以及推移质输沙率的影响。结果表明,在植物顶部以下,有植物时的时均流速明显小于无植物时的流速,而脉动强度大于无植物时的脉动强度;当水深相同时,随着植物密度的增大,泥沙起动流速呈逐渐减小的趋势,并与植物密度呈较好的三次方多项式相关关系;植物密度对推移质输沙率的影响并非呈单一变化规律,随着植物密度的增大,推移质输沙率呈先增大然后逐渐减小的趋势,当植物密度相同时,水深越小,泥沙起动流速越小,推移质输沙率越大。     

挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟涉水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟抄水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟抄率与水流饱和输抄率相等时，冲刷率降刊0。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值50t／Tn0。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有耜同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与于容重及摩阻流速之比构成的无困次数A。代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。     

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。     

长江中下游防洪模型研究 ——关键技术问题初步探讨

 为了深入研究三峡工程建成后长江中下游干流河道及湖区河网的泥沙运动、江湖关系变化、洪水演进等问题，拟建长江防洪模型，同时利用数学模型计算和原型资料分析对模型中主要关键技术如河网中非恒定水流数值模拟技术、实体动床模型模拟技术等进行了初步研究。提出了如何确定变态模型泥沙悬移相似条件、天然河流泥沙起动流速值、水流挟沙比尺λs等问题，并探讨了解决这些问题的途径。     

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．     

感潮河段水沙数学模型研究与应用

感潮河段的水流和泥沙运动均具有很强的非恒定性,采用有限体积法建立了一套感潮河段平面二维水流泥沙数学模型。模型采用同位网格的SIMPLEC法对水流方程进行离散和求解,较全面地考虑了非均匀悬移质及推移质运动,具有较好的普遍适用性。以长江下游口岸直河段和仪征河段为例,分别对模型作了定床和动床计算,计算结果与实测值符合较好,从而证明了模型的可靠性。     

人工神经网络与遗传算法在多泥沙洪水预报中的应用

由于水沙作用机制和演进规律的复杂性，以及河道形态变化等因素，多泥沙洪水预报一直是洪水预报的难点，对高含沙洪水快速、准确的预报是多年来国内外专家十分关注的课题。作者采用具有高度非线性识别能力的人工神经网络与遗传算法相结合的方法，探讨了建立智能预报模型的基本方法，进一步对如何提高预报精度的问题进行了研究，并结合黄河洪水预报实例检验了神经网络模型的可行性。检验结果表明，该方法能够较好地识别多泥沙洪水的演进规律，对水位、流量和含沙量都能进行合理预报。