卵砾石床面时均流速分布的试验研究

单一明渠水流由于边壁和自由水面的影响,主流区内时均流速沿垂线方向的分布存在多种形式。本试验借用声速多普勒流速仪(Sontec-ADV),测试了不同卵砾石床沙组合条件下的床面时均流速结构。试验表明:垂线流速分布主要受床面糙度R/Ks和水流流态的双重影响,佛汝德数和相对糙度在一定程度上决定了其归属于单一对数分布还是S形曲线分布,而S型曲线的转捩位置Z/H值与相对糙度R/Ks具有较好的相关性。     

紊动对黏性细颗粒泥沙絮凝沉降影响的试验研究

利用室内环形水槽及高倍摄像设备,定量研究了不同悬沙浓度及紊动剪切对黏性细颗粒泥沙絮凝沉降特性的影响。试验中观测到的絮团粒径为分散颗粒的几倍到几十倍,絮团中值粒径随着水体紊动剪切的增大呈先增大后减小的变化趋势,最大的中值粒径约为150μm,出现在紊动剪切为30 1/s条件下。悬沙浓度的增大促进絮团的发育,在350 mg/L条件下形成的絮团整体粒径比150 mg/L条件下的更大。絮团中值沉降速度在0.7～3.4 mm/s之间,絮团最大的中值沉速出现在紊动强度最大时65 1/s,此时所形成的絮团结构密实,有效密度较大。絮团有效密度随着粒径的增大而减小,研究表明,采用变分形维数方法,对有效密度随粒径变化的模拟结果与试验结果吻合较好。     

入汇角为30°时交汇区水流结构试验研究

 通过水槽试验，应用声速多普勒测速仪（ADV），研究了入汇角为30°时，支流斜接主流交汇区及其附近的三维水流结构，获得了不同主支汇流比下的三维流场及其脉动特性。试验表明：在交汇区三维流场中，产生了回流分离区，其中并伴随环流结构，大大改变了单一明渠中的流速分布及脉动特性。在入汇口下游主流右侧（入汇口一侧）水流脉动强度在z/h＝0.2处易出现极大值，其形成机理还有待验证。     

长江口潮滩沉积物抗剪强度分析

河口潮滩沉积物抗剪强度的大小,直接影响到河口潮滩泥沙运动和冲淤强度,进而对潮滩湿地生态系统产生影响.河口海岸区域沉积物抗剪强度的现场观测研究,长期以来少有定量成果.本文通过对长江口潮滩沉积物的抗剪强度进行现场观测和分析,得到长江口崇明东滩潮滩沉积物抗剪强度大小分布规律和控制因素.结果表明:由陆向海,北部光滩区域抗剪强度逐渐减小,变化范围在0.22～7.04kpa之间;中部光滩区域抗剪强度是先减小后增大,变化范围在O～9.14kpa之间;南部光滩区域抗剪强度是逐渐增大,变化范围在0.36 ～4.29kpa之间.由北向南,滩地抗剪强度都呈逐渐增大趋势,光滩区域由0.43kpa增加到2.88kpa,植被区域由1.14kpa增大到2.72kpa.由表层到底层,沉积物抗剪强度随着深度的增加而变大.沉积物粒度特征和水动力条件决定了崇明东滩南、北区域沉积物抗剪强度数值的不同.植被根系的加筋作用使得沉积物抗剪强度增大,其值是光滩区域的1.2 ～4.3倍.随着沉积物密实度的增加,沉积物抗剪强度相应地增大.     

支流水沙作用下干流床面冲淤特征试验研究

 通过一系列的水槽试验，研究了交汇角为30°时不同水沙条件下干流床面冲淤特性，获得了在支流有无来水、来沙时不同主支汇流比下的干流床面冲淤二维等值线图，初步揭示了干流床面冲淤随主支流量比及支流是否来沙的变化特性。研究成果对了解交汇区的冲淤变化及河床演变具有积极的作用。     

长江口表层沉积物含水量影响因素分析

基于2015年9月长江口大范围底质调查,分析探讨了长江口表层沉积物含水量分布特征及影响因素。在河口浑浊带以上,表层沉积物含水量分布呈北高南低,北支含水量高达109%;浑浊带核心区的含水量空间分布存在较大差异,北港口门处最低仅28%,而北槽中下段和南槽口门显著偏高,最高达147%;口外海滨区域含水量分布特征为北低南高,南槽口外泥质区的含水量最高为133%。进一步研究发现,表层沉积物含水量与粒度呈负相关,沉积物中黏性泥沙组分(63μm)增加使孔隙度增大,从而可以容纳更多孔隙水;另外,在沉积物与悬浮泥沙的高交换区,沉积物中含水量通常较高。针对野外现场环境中沉积物含水量分布及影响因子的研究,可为河口底沙的临界起动和冲淤条件的定量研究提供依据。     

卵砾石河道摩阻流速计算方法探讨

通过水槽试验,采用6种方法:对数流速分布回归法、外延雷诺应力分布法、三维紊动能法、垂向紊动能法、韩其为经验公式法和拖曳力系数法,计算了卵砾石河床的摩阻流速。以韩其为计算摩阻流速的经验公式为标准,分析了各种方法中参数取值对计算结果的影响及其在不同水力和床面条件下各种方法的适用性。提出了2种可行的计算途径:光滑床面条件下各方法计算摩阻流速所得结果最大均方差为2.15,其中对数流速分布回归法较准确,三维紊动能法计算值普遍偏小;相对粗糙床面条件下各方法计算摩阻流速的结果均方差最大达到8.84,其中对数流速分布回归法和三维紊动能法较准确。     

明渠水流交汇区流动特征试验研究

天然河流中存在着大量的主支交汇河流,在干支流交汇处,水流结构变得十分复杂。通过水槽试验,应用声速多普勒测速仪（ADV）,观测了入汇角为30°时,支流斜接主流入汇型河道的三维水流结构。试验表明：入汇上游受支流顶托影响,产生一定的壅水,出现低速区,而对侧由于束水作用产生高速区。在入汇一侧下游较短的距离,产生回流现象,并形成分离区,而在下游一定范围内,靠支流入汇侧出现水流高速区,并形成二次流结构。交汇区水流流动主要有水流分离区、高流速带、低流速带及剪切面等。     

崇明东滩地貌演变对生态治理工程的响应研究

2013-2014年长江河口崇明东滩实施生态治理工程,围垦面积达14.4km~2。基于地面三维激光扫描技术(TLS),对治理工程前后崇明东滩地貌进行跟踪观测。研究发现崇明东滩北、中、南三部分对治理工程响应具有显著差异,可以看到自北至南的逐步响应过程。崇明东滩北部潮沟体系均发生改变,光滩淤积强度为+19.5cm/a,+2m线向海推进速率为356m/a,该区域原有地形、地貌均被改变,并逐步向新的动态平衡调整;中部区域部分潮沟体系发生改变,光滩淤积强度达+59cm/a,+2m线向海推进速率为251m/a,该区域部分地形、地貌发生改变,正在逐步调整过程中;南部潮沟体系格局基本稳定,但仍在缓慢发展中,光滩冲刷强度为-3.6cm/a,+2m线向海推进速率为3.9m/a,该区域目前还未受到治理工程的显著影响,地貌演变仍处于动态平衡中。     

三维激光扫描系统在潮滩地貌研究中的应用

河口海岸潮滩地形观测是研究潮滩冲淤和泥沙运动的基础,传统潮滩测量方法很难同时满足时空尺度与精度的要求。应用地面激光三维扫描系统(TLS),成功获取长江口崇明东滩的地貌植被等数据。研究表明,该系统能大面积高精度获取潮滩植被、潮沟、光滩及沙纹等微地貌数据;支持在同一区域进行长时间重复的高精度观测,支持对不同时空尺度的潮滩整体地貌开展对比分析;在潮滩上测量的平面和垂向均方根误差分别为7.7cm和2.4cm。TLS将为河口海岸潮滩地貌观测及相关工程研究提供一个大面积、高效、高精度的新技术手段。