二滩水库拦沙作用及其对金沙江流域水沙变化的影响

金沙江流域的水沙变化对三峡入库水沙条件具有重要影响.通过对二滩上游水沙变化过程的统计分析,利用回归分析方法估算了二滩水库的拦沙量.结果表明:1998～2004年,二滩水库年均拦沙量约5000～6500×104 t左右,水库年均淤积率大于0.66%.2001～2004年,上游来沙量减小,二滩水库拦沙量也相应减小,年均拦沙量4000～5000×104 t,上游所来泥沙约有95%淤积在库区.2001～2004年二滩比1991～2000年新增拦沙量0.238×108 t,占屏山站减沙量的21.25%.二滩上游梯级电站及金沙江干流梯级电站建成后,按照二滩的运用方式,可拦截流域90%左右的来沙,从目前的水沙条件看,可能使三峡水库的进库悬移质泥沙减小60%以上.     

黄河下游河道泥沙粒径变化对小浪底水库调水调沙的响应规律

为研究黄河小浪底水库运用后泥沙粒径的变化规律,利用黄河下游花园口至利津间7个水文站的水文资料,分汛期、非汛期、调水调沙期3个时期,分析河道悬移质泥沙粒径变化与水库水沙调控的响应规律。结果表明:①悬移质中数粒径沿程变化不明显,7个水文站测得的年均中数粒径均集中于0.05 mm以下,河床质中数粒径变化呈现沿程衰减的趋势,各时期河床质平均中数粒径均变粗,河床存在不同程度的粗化现象;②小浪底水库坝前异重流以细沙为主,调水调沙期间各水文站测得的悬移质平均中数粒径低于全年的平均水平。孙口水文站以上河段测得的河床质平均中数粒径,调水调沙期的大于汛期的,孙口水文站以下河段测得的河床质平均中数粒径,汛期的大于调水调沙期的;③随着水库运用时间的增加,测得的悬移质中数粒径趋于稳定,孙口水文站以下河段测得的悬移质中数粒径与水库响应关系较弱。水库运用造成下游河道全河性冲刷,导致无论非汛期还是汛期与调水调沙期间,河床质中数粒径都逐年增大直至粗化现象停止。     

考虑泥沙分选及床沙级配调整的二维数值模拟研究

在正交曲线坐标系下建立平面2维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型。在前人研究成果的基础上,通过修正泥沙模型中非均匀沙挟沙力公式以考虑泥沙分选影响;并根据近底床沙质量守恒方程计算床沙级配调整。利用seal水槽下游细化试验资料,对模型进行了验证,结果表明,本模型能够合理模拟水槽地形及其床面泥沙分布变化,反映试验水槽沿程细化的趋势,具有研究实际河道河床变形及床沙分布变化的潜力。     

长江三峡上游大型水库群拦沙效应预测

定量研究水库的拦沙效应是揭示水库对河道泥沙输移影响的关键之一.在系统分析三峡上游已建大型水库拦沙作用的基础上,提出了长江上游水库群综合拦沙率计算公式,预测了在建及拟建大型水库运行后三峡上游大型水库的拦沙效应.研究结果表明,现状条件下(1991-2005年),三峡以上地区大型水库拦沙量约为9 860万t/a,大型水库群综合拦沙率约为20.3%.近期拟建大型水库运行后(2020年),三峡以上地区大型水库群年均新增拦沙量将达25 500万t/a,大型水库群综合拦沙率将增加至75.2%.     

黄河下游河道输沙規律及小浪底水库对下游河道减淤作用分析

本文根据黄河下游多年实测资料,分析了水流流量、含沙量以及泥沙粒径、河床形态等因素对下游河道输沙能力的影响,探讨了黄河下游河道的输沙规律,并以三门峡水库投入运用后下游实测资料,利用多元回归分析方法,建立并验证了全下游河道输沙率关系式。本文根据黄河下游河道的输沙特性,对小浪底水库的运用方式提出三个方案,分析了不同运用方式对减轻下游河道淤积的作用。结果表明,只要运用得当,减淤效果显著,在水库最初25年运用期内可使下游河道减淤近67亿吨,相当于下游河道17年以上的淤积量,水库拦沙减淤比可达1.1∶1。     

黄河下游河道输沙规律及小浪底对下游河道减淤作用分析

本文根据黄河下游多年实测资料，分析了水流流量、含沙量以及泥沙粒径、河床形态等因素对下游河道输沙能力的影响，探讨了黄河下游河道的输沙规律，并以三门峡水库投入运用后下游实测资料，利用多元回归分析方法，建立并验证了全下游河道输沙率关系式。本文根据黄河下游河道的输沙特性，对小浪底水库的运用方式提出三个方案，分析了不同运用方式对减轻下游河道淤积的作用。结果表明，只要运用得当，减淤效果显著，在水库最初25年运用期内可使下游河道减淤近67亿吨，相当于下游河道17年以上的淤积量，水库拦沙减淤比可达1.1：1。     

平面二维全沙数值模拟方法及其应用

采用有限体积法对正交曲线坐标系下的平面二维水沙微分方程进行了离散,建立了平面二维全沙数学模型.在一概化的单边突然扩宽河道中对河床冲淤过程中悬移质含沙量及其级配、推移质输沙率及其级配、床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,并模拟出了由河床冲刷引起的床沙粗化、抗冲层的形成过程以及河床淤积过程等泥沙特性的变化.数值计算结果表明,该模型在定性上能正确地模拟水流以及河床的冲刷、淤积过程.     

探测频率对多频声学测沙技术测量误差的影响

为了探究多频声学测沙技术在高泥沙浓度水流中应用的可行性以及探测频率对测量误差的影响,以黄河典型泥沙浓度和粒径剖面数据为基础,应用能量比反演算法,建立反演仿真模型,开展误差分析以及测量误差关于测量频率的敏感性分析.结果显示,声学测沙技术在使用某些与粒径相关的频率测量时,可以明显减少测量误差,具有应用可行性.基于此低误差测量结果,提出优选频率的概念,分析得出,相对浓度而言,优选频率与泥沙粒径的相关性更高.根据是否考虑粒子散射衰减,分别计算出高、低泥沙浓度水流中优选频率与粒径的关系曲线.两组曲线变化趋势一致,但由于粒子散射衰减,高泥沙浓度水流中优选频率整体取值较小.     

挡潮闸下游河道冲淤的数值模拟

就挡潮闸下游河道水沙运动建立了一维水沙数学模型,采用Preissmann四点隐式差分格式离散非恒定水流方程,追赶法求解,并结合有限分析法思想离散求解悬移质泥沙方程.水流方程中,上游边界条件通过闸门的开度来控制.泥沙方程中,考虑床沙粒径变化并对床沙级配进行了调整.应用该模型对姚江陶家路闸闸下河道的水位、含沙量和河床变形进行了计算和验证.验证结果显示,水位与实测吻合,含沙量与实测增长趋势一致,河床断面反映了断面的基本变化,冲淤量与实测资料比较相符.表明该模型对挡潮闸闸门控制及闸下河床变形估算具有一定的指导意义.     

平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分 ,应用破开算子原理 ,建立了平面二维非均匀沙水流泥沙数学模型 ,并使用了平面二维非均匀沙水流挟沙力公式 .着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量、河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析 ,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程 .数值实验表明 ,该方法边界符合良好 ,计算量小 ,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律     

南海琼东陆架海洋沉积物粒度分形特征及其影响因素

通过对2013年南海西部综合航次于南海琼东陆架海域采集的3根沉积柱(C1、C2、C4)样品进行粒度分析,对粒度的分形特征及其影响因素进行探讨。使用矩法计算出沿离岸方向3根沉积柱样的平均粒径分别为5.33 Φ、6.14 Φ、6.26 Φ,粒度总体上较细;标准偏差平均值分别为2.59 Φ、2.19 Φ、1.82 Φ,表示分选性逐渐变好;偏度平均值分别为0.40、-0.02、0.48,其变化规律不明显;峰度平均值分别为1.75、2.27、2.70,其值逐渐增大。利用幂指数法,在累积体积百分比5%~95%范围的无标度区间内计算得到沉积物样品的粒度分维值,总体范围为2.24~2.54,平均值分别为2.52、2.45和2.30,处于较高水平;随着离岸距离的增加,样品粒度分维值逐渐降低,但分选性变好;粒度分维值与标准偏差存在显著正相关关系,说明分选性对粒度的分形特征产生影响。根据C-M图,沉积柱样的流体为牵引流,颗粒的主体搬运方式由沉积柱C1的滚动逐渐转变为沉积柱C4的悬移;对比发现,以滚动组分为主的颗粒粒度分维值较大,以悬移组分为主的颗粒粒度分维值较小,说明分形程度受搬运方式和水动力条件的影响。     

Effect of suspended sediment grain size on channel sedimentation in the lower Yellow River and some implications

Based on the data of suspended sediment transport and channel sedimentation in various grain size fractions in the period of 1962―1985, the relationship between channel sedimentation in the lower Yellow River and sediment input has been plotted with respect to each grain size fraction. Several fill-scour thresholds in sediment input have been identified from these graphs. It was found that the fill-scour threshold in sediment input decreases with the increase in fraction grain size. The correlation coeffici...     

三峡工程下游卵石夹沙河段床沙粗化计算

三峡工程运用后,下泄清水持续冲刷河床,造成长江中游河段床沙逐年粗化,对长江中游河段水沙输移及河床演变规律的研究产生重要影响。为研究三峡工程下游宜枝河段、枝江河段卵石夹沙河床年际床沙粗化及年内床沙交换过程,基于Markov三态转移概率矩阵,引入非均匀沙隐暴系数,得到卵石夹沙河床上床沙级配、推移质级配及悬沙级配的概率计算模型(沙量平衡方程),能够同时考虑前期水沙条件、床沙起悬及冲淤过程对床沙交换过程的影响。结果表明：2003～2017年,枝城站床沙发生明显粗化,泥沙颗粒级配分布曲线左移,2003年床沙粒径范围为0.002 mm～41 mm,2017年变为0.031 mm～86 mm;此外,该断面床沙中值粒径总体呈上升趋势,并在2010年以后有一定波动,但波动幅度较小;并以汛初、汛末为时间节点,将枝城站年内月均床沙变化过程分为三类。通过枝城站2003-2009年实测资料验证,本文建立的概率模型计算结果与实测资料符合较好,能够应用于三峡工程下游宜枝河段及枝江河段卵石夹沙河床年际床沙粗化及年内床沙交换过程的预报,为今后非均匀沙运动及非平衡输沙机理的研究提供理论基础。     

来沙条件变化对河床形态及推移质运动的影响

摘要：针对山区河流的来沙条件的不确定性导致的河流形态变化的问题,根据J . G. Venditti的系列来沙条件变化水槽试验成果,引入无量纲参数河床结构强度Sp,充分考虑推移质泥沙运动特性,探讨了来沙条件变化对卵石河床形态、推移质输沙率和河床级配的影响。结果表明:在已经粗化的河床上加入细沙会对河床形态、推移质输沙率和河床级配产生影响。加入细沙会造成河床重新出现冲淤变化,底坡变大,冲刷变严重,最终降低河床结构强度Sp;加沙会增大推移质输沙率,其中中值粒径为3mm的细沙运动表现为行进推移质,而中值粒径为8mm的粗沙运动表现为结构推移质;加入细沙后会细化河床,且加入的粒径越小,细化效果越明显,加入中值粒径为3mm的细沙后推移质的中值粒径先减小后增大,与加入中值粒径为8mm的粗沙后推移质的中值粒径先增大后减小相反。     

黏性沙级配对高速水流空化空蚀的影响

为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制，利用自主研发的小型循环式水洞试验装置，采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流，用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力；制作不同配合比的混凝土试件，使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验，以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明：水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大；混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加；流速相同时，较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件；较低流速下空蚀区主要位于试件前段，较高流速下则位于试件后段；试验所用黏性沙细颗粒比重越大，空蚀量越大。     

泥沙吸附石油的实验研究

本文通过实验研究了河流泥沙（包括黄土）对石油乳化油吸附的基本规律，讨论了吸附等温关系及吸附量与含沙量、泥沙粒径、溶液盐度、温度等影响因素之间的关系，分析了吸附动力反应过程。为进一步研究吸附的随流变化规律奠定了基础     

连云港近岸海域沉积物粒度端元模型分析

为了研究连云港近岸海域沉积物粒度中所蕴涵的沉积信息,利用端元分析模型对连云港近岸海域108个沉积物样品粒度数据进行了反演。结果表明,连云港近岸海域沉积物分布区存在着3个具有一定动力意义的粒级组,代表了不同能量环境下形成的沉积物,并初步探讨了沉积物来源及其演变,这些结果对进一步研究连云港近岸海域沉积环境具有重要意义。     

实测悬移质级配及分组含沙量修正问题

本文主要研究悬移质级配与分组含沙量测量误差的修正问题。首先由指数流速分布公式以及相应的悬移质含沙量沿垂线分布公式,导出级配沿垂线分布公式,并在图2中用野外观测资料对此式进行了验证。然后对五点法、三点法、单点法以及定比混合法的级配测量误差进行了分析和比较,同时给出了各种测法的误差修正系数α_n的计算式。由此式进一步讨论了各种实测垂线平均级配的统一问题。最后对分组含沙量的修正方法进行了探讨。研究表明,泥沙粗细、测点数目以及布点方式对测量误差均有重要影响,不管那种取样方法,粗沙测量误差均大于细沙。本文认为,按照观测河段的水、沙条件来确定测点的数目和布点方法,是获得可靠测量成果所必须考虑的问题。     

Improvement and Application of Grain Size Distribution Characteristics Calculation of Bed Material

Grain size distribution of bed material is an important characteristic for studying evolution of natural river channel by means of experimental ways and numerical modeling of flow and sediment process.In this study,the fractal characteristic of sediment particle has been defined by means of fractal theory based on ana- lyzing the property of grain size distribution of bed material in the river channel.Furthennore,the fractal prop- erty of sediment particle has been applied to judge the process of armoring and stabilizing in the armoring ex- periment of bed material.In addition,the relationship between the riverbed roughness and its fractal dimension is also obtained according to the experimental data.Finally,the relationships between bed material roughness, fractal dimension,and representative diameter(d_(50),d_(90))are discussed respectively,the roughness comparison shows that the proposed roughness formula based on fractal theory has higher precision.