恢复饱和系数的理论计算方法

恢复饱和系数是泥沙数学模型计算的重要参数,本文从理论上进一步研究了悬移质不平衡输沙的恢复饱和系数,提出了底部恢复饱和系数的概念,并推导了恢复饱和系数是底部恢复饱和系数和含沙量分布系数的乘积,从理论上合理解释了恢复饱和系数的取值问题。在既有研究成果的基础上,进一步推导了非均匀沙恢复饱和系数的计算式,计算结果表明不同粒径组的恢复饱和系数值是不同的,非均匀沙的平均恢复饱和系数应按沉速和级配的乘积加权平均计算,黄河下游通常水流条件(摩阻流速3~30cm/s)的平均恢复饱和系数约为0.1,平均底部恢复饱和系数为0.05~0.1,平均综合恢复饱和系数最小约为0.01,这和理论分析结果及黄河水沙数学模型的经验采用值基本相符。     

浑水灌区过渡段引水明渠恢复饱和系数沿程变化规律的分析研究

针对浑水灌区渠首沉沙池前过渡段引水明渠存在的泥沙淤积问题，开展了泵站过渡段引水明渠水流泥沙运动特征的分析研究，给出了该区段非均匀沙各分组粒径级泥沙恢复饱和系数的量化确定方法，分析讨论了多种工况组合时，该区段非均匀沙各粒径级恢复饱和系数的变化特征，为过渡段泥沙输移的精准量化分析提供了依据，为过渡段渠道基于不淤设计的相关水力几何约束条件分析比选提供了方法和途径。     

黄河小北干流放淤中泥沙恢复饱和系数研究

在黄河小北干流放淤试验资料的基础上,分析了泥沙恢复饱和系数与泥沙沉速等水力因素的关系,结果表明:①前人研究的泥沙恢复饱和系数经验公式并不完全适用于小北干流放淤试验输沙模型的计算,计算的出口含沙量比实测值小;②影响泥沙恢复饱和系数的主要因素为泥沙沉速和摩阻流速;③把修正后的泥沙恢复饱和系数公式运用到小北干流水沙模型进行计...     

非均匀沙恢复饱和系数研究综述

恢复饱和系数是研究河床演变的一个重要参数,它的选取至关重要。重点介绍了目前国内关于非均匀沙恢复饱和系数的主要研究方法:一维超饱和输沙法和泥沙运动统计理论法。一维超饱和输沙法是通过对一维河床变形方程进行简化和分析,得到适用于该地区的恢复饱和系数,韩其为等基于泥沙运动统计理论,建立了相应的恢复饱和系数表达式。通过总结归纳2种方法得到的研究成果,分析各家公式的差异及适用范围,考虑恢复饱和系数的影响因素,建立了恢复饱和系数一般通用公式,在工程实践中,考虑各个影响因子,对公式中的参数进行率定即可。     

泥沙筛析与沉降粒径关系及其应用的研究

为准确测定泥沙的沉降粒径并确定筛析粒径与Ｄ沉的关系，试验中采用天然沙的筛析分组沙作为试样，逐颗测定沉积，得出Ｄ沉以及Ｄ筛与Ｄ沉的关系。经分析论证并与国际上的试验塑料比较后认为，试验所得Ｄ筛与Ｄ沉关系合理可靠。     

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。     

沉沙池超饱和输沙法恢复饱和系数研究

恢复饱和系数αi是一度流超饱和输沙法计算的重要参数之一,理论分析和实测资料表明,αi值与泥沙分组平均沉速ωi、摩阻流速U、池段平均水力坡度J等因素有关,是一个变幅较大的系数。用实测资料建立的αi值计算公式,其泥沙粒径范围为d=0.005～0.25mm,基本覆盖了黄河及长江中下游地区的泥沙粒径。在缺少相似已建沉沙池水流和泥沙特征实测资料条件下,且悬移质泥沙粒径d<0.25mm时,可用式(13)进行αi值计算。     

沉沙池设计计算方法研究

通过对沉沙池不同计算方法的系统研究，选择一维超饱和不平衡输沙法作为沉沙池设计计算方法，并建立了反映沉沙池水沙运行、泥沙淤积及输沙特点的数学模型。对挟沙能力公式的选用和修正、恢复饱和系数的选取等问题进行了多方面的探讨。验证计算表明，本文数学模型的计算结果与实测资料吻合良好。     

一种塑料模型沙运动特性试验

对一种复合塑料模型沙的水下休止角、群体沉速、起动流速等运动特性进行了试验研究:使模型沙在静水中自然落淤成丘,通过几何关系可得水下休止角;将沙样按粒径分组进行单颗粒沉速试验,统计平均后再按质量加权得到模型沙群体沉速;在玻璃水槽中对5种水深下的泥沙起动流速进行了测量及经验公式验证。试验结果表明:该模型沙水下休止角为28.4°,较传统塑料沙、水下休止角范围大,具有较好的水下成形特性;对于该模型沙,其单颗粒沉速用W.W.Rubey公式计算精度较高,但群体沉速用中值粒径进行经验计算则精度不够,合理的代表粒径有待进一步研究;起动流速比传统塑料沙大,这与水下休止角试验是相符的,通过调整沙莫夫系数K,沙莫夫公式可较好地表述个别起动和少量起动的情况,大量起动时则不够精确。     

定期冲洗式沉沙池泥沙沉降特性分析

以黄河东城提水工程首部的定期冲洗式沉沙池为研究对象,应用一维超饱和输沙法计算了泥沙的沉降历时,分析了泥沙恢复饱和系数、极限吸出高度、出池含沙量等泥沙沉降特性。结果表明:①泥沙恢复饱和系数随泥沙粒径的增大呈指数递减趋势,工作段上游泥沙恢复饱和系数随沉降历时呈指数递减趋势,工作段下游恢复饱和系数随沉降历时呈线性减小趋势;②随着沉沙池的运行,出池泥沙粒径逐渐变大,淤积泥沙粒径则逐渐变小;③在沉沙池运行期内,溢流堰极限吸出高度随沉降历时呈线性递减趋势;④溢流堰前分组含沙量参考点的相对水深均小于0.5;⑤在0～0.500 mm泥沙粒径范围内,出池平均含沙量参考点的相对水深与泥沙粒径呈对数递增。     

非均匀沙的运动机理及输沙率计算方法的研究

本文较为系统地研究了非均匀沙运动机理及输沙率的计算方法，在建立泥沙运动交换模式的基础上，指出现有非均匀泥沙动动流速公式存在的不足并对此作了修正，然后分别讨论了推移质分组输沙率、悬移南分组兵沙力和全沙输沙率的计算方法，得到的有关公式均用实测资料作了验证计算，结果表明它们是合理、可靠的，可在理论研究和生产实践中参考应用。     

蓄泥库泥沙群体静水沉降速度研究

本文通过数模对蓄泥库泥沙群体静水沉降速率进行了研究，并得到实验验证结果。这一分析结果最后表明：建立的浓度-沉速时程关系是合理的；考虑浓度变化的泥沙群体沉降过程可分为加速、匀速、减速三个阶段；泥沙粒径、泥沙密度、悬液初始浓度对沉速影响较大，而悬液初始深度影响较小。本文建立的沉速与浓度关系对生产实践具有一定的参考价值。     

非均匀沙床面平衡浓度

根据近底非均匀沙交换的随机 力学模式首次从理论上建立起非均匀沙床面平衡浓度公式，将床面平衡浓度表示为起动、不止动和悬浮概率以及单步运动平均时间比B的函数关系。残差修正灰色系统模型和指数拟合关系用于悬移质平衡浓度竖向分布实测资料以获得床面平衡浓度值，据此确定理论公式中的参数B.床面平衡浓度计算与“实测”值比较结果令人满意，意味着本文提出的公式是合理的，可作为悬移质运动微分方程的底部边界条件。     

感潮河段悬沙数学模型——以长江口为例

感潮河段的水流、泥沙运动有其独特的性质。本文针对其特点 ,水流的挟沙力由水动力因素、泥沙因素共同决定 ,以此建立非均匀悬沙的二维数学模式。模式用于模拟长江口感潮河段的悬沙含量的分布和变化 ,计算的结果与 1996年 9月实测资料拟合的较好 ,并在此基础上分析了感潮河段流速、含沙量与水流挟沙力的确定之间的关系。     

泥沙起动规律初探

非均匀沙运动规律与均匀沙明显不同。故从非均匀沙起动的特点出发 ,阐述了其运动机理 ,采用滚动起动模式。通过对附加质量力的概念及表达式和相对暴露度参数的引入 ,推得了非均匀沙起动公式。并用实测资料进行了验证 ,同其它学者们的公式相比较为合理。作为特例得到了均匀沙的起动公式 ,该系数包含了其它公式。说明本文公式基本能反映非均匀沙的起动特性     

珠江磨刀门河口洪季悬沙与沉积物颗粒度分布及交换过程

基于洪季磨刀门河口实测水沙观测资料和河床表层沉积物数据,通过对不同区域不同时刻悬沙浓度和粒度、沉积物粒径组成分析,运用因子分析和粒度谱等统计计算方法,重点研究近期洪季磨刀门河口及滨海水域悬沙与河床沙交换过程及其动力机制。结果表明:磨刀门河口拦门沙内河道及汊道口区域的动力以径流为主的涨落潮流流系,悬沙与河床沙交换过程较弱;拦门沙浅滩区域泥沙运动表现为"波浪掀沙,潮流输沙"特性,再悬浮泥沙平均量占实测悬沙浓度的32%;拦门沙外滨海水域悬沙组成受径流与潮汐相对强度影响显著,构成上大潮时以再悬浮泥沙为主,小潮时则以径流下泄悬沙沉积为主,而悬沙输运方向受到东南向波浪和沿岸流控制。     

悬移质分选沉降及其在工程上的应用

悬移质泥沙占河流输沙的大部分，由于泥沙的重力作用及水流的紊动混掺的双重作用，悬移质沿垂线的分布呈上稀下浓，上细下粗的规律。在水流的不平衡输沙条件下，趋饱和水流中必然有一部分泥沙沉降落淤，其中较粗的泥沙必然率先沉降，较细的泥沙仍随水流悬浮前进。     

黄河下游洪水期沙峰滞后特性研究

简要分析了黄河水沙异源的情况，指出沙峰滞后、洪峰与沙峰不同步是造成黄河下游涨冲落淤和小水大灾的主要原因。根据小浪底下游各站沙峰均滞后于洪峰的35场洪水，对沙峰滞后于洪峰的特性进行了剖析，建立了小浪底、花园口、夹河滩、高村、孙口、艾山、利津各河段沙峰滞后时间与上站洪峰流量、沙峰含沙量、洪水传播速度、悬移质泥沙群体沉速之间的回归方程，可以用来查补延长沙峰滞后时间，为下游各站沙峰传播时间的准确预报提供依据。     

非均匀沙分组起动规律的研究

本文在分析了非均匀沙起动情况后，采用输沙率法和分组相对输沙率法判别非均匀沙起动如果用其平均粒径d。来表示非均匀沙，则起动切应力和相同粒径的均匀沙近似，分组起动情况小颗粒由于受大颗粒的隐蔽作用鞍同等粒径的均匀沙需要较强的水流条件．相反大颗粒由于受暴露的影响比相同粒径的均匀沙容易起动．各粒径组的起动切应力可用公式(11)求出，     

局部冲刷坑发展过程的泥沙输运特性

为揭示水流作用下沙质河床结构物周围床面冲刷过程中的泥沙输运特性,采用三维紊流、考虑推移质和悬移质运动的河床变形数值模拟,研究了清水冲刷和动床冲刷条件下,墩柱型结构物局部冲刷过程中悬移质和推移质泥沙输运贡献及其与马蹄涡流特征量、床面切应力以及泥沙悬浮指数的相关性。研究发现,清水冲刷条件下,悬移质输运占比较小,推移质泥沙输运占优;动床冲刷条件下,悬移质输运的贡献随悬浮指数的减小迅速增大;冲刷过程中悬移质和推移质输沙率与床面切应力变化趋势一致,结构物周围局部切应力的大小与马蹄涡涡量呈正相关关系。