卵石推移质输移脉动特性研究

为了探明卵石推移质输移脉动特性,对卵石推移质输沙率脉动试验野外实测资料进行了统计分析。实测资料结果表明,卵石推移质输沙率过程具有明显的随机性,其表征卵石推移质输沙脉动特性的特征值与采样历时密切相关。卵石推移质单宽输沙率的脉动标准差、离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值均随采样历时增加而减小。单宽输沙率的无量纲极差值最大为8.0左右,当采样历时t≥600 s时,无量纲极差值Z≤4.0,当采样历时t≥2400 s时,无量纲极差值Z≤2.0。单宽输沙率的离差系数最大为2.0左右,当采样历时t≥1200 s时,离差系数Cv≤1.0,当采样历时t≥3000 s时,离差系数Cv≤0.5。单宽输沙率的无量纲脉动强度最大为10.0左右,当采样历时t≥1200 s时,无量纲脉动强度E′≤5.0,当采样历时t≥3600 s时,无量纲脉动强度E′≤2.0。     

推移质输沙率计算公式分析

基于推移质运动滞后于水流运动的特点,提出推移质运动所需能量与推移质相对水流的速度成正比,与悬移质悬浮功概念一致,推导了推移质输沙率公式。应用实验资料和河道实测资料对公式及其参数进行了验证,计算结果表明,所建公式计算精度较高,可用于以推移质为主要运动形式或全沙的输沙率计算。     

溪洛渡水电站导流洞卵石推移质采样方案及其输沙特性

溪洛渡水电站位于金沙江下游,水流流速大,挟沙能力强,本文结合溪洛渡水电站导流洞推移质情况,开展了高速挟沙水流条件下卵石推移质测验方案的试验研究,提出了溪洛渡水电站卵石推移质测验方案即缆道悬挂采样器加拉偏的方式进行测量并予以实施。测验成果表明,金沙江溪洛渡6#导流洞河段存在河床卵石运动情况,而且推移量很大。根据导流洞实测水沙运动资料,揭示了溪洛渡水电站导流洞卵石推移质的输移特性,并建立了卵石推移质输沙率与流量的经验关系。     

清水作用下全动床复式河槽泥沙输移特性及其模拟

推移质运动是河流动力学的基本问题之一,通过水槽试验探讨了清水作用下全动床复式河槽泥沙的输移特性,并通过理论分析提出了该类河道的推移质输沙率的计算方法.试验表明:在清水作用下全动床复式河槽推移质输沙率先随时间单调递增,而后随时间单调递减;推移质中值粒径先随时间大幅度增大,后随着时间的增加中值粒径增大的幅度减小,最终将趋于初始床沙中值粒径.根据推移质输沙率的变化特性,运用仙农熵的概念与理论,通过最大熵原理和变分法推导了河道粗化过程中的推移质输沙率公式,并对该公式参数的敏感性进行了分析.计算结果表明,该公式可以模拟全动床复式河槽河道粗化过程中的输沙率随时间的变化特性.     

非均匀卵石野外实测资料的整理与分析

在收集大量卵石野外实测资料的基础上，主要针对长江上游的川江及其支流和三峡河段进行整理与分析，得到了卵石河床的床面组成，卵石推移质级配，卵石形态特征及其输沙率的变化规律。     

沙波尺度和运动速度与水力泥沙因素的关系

沙波运动是冲积河流泥沙运动的一种重要形式。沙波的消长对河道水流的阻力损失有很大的影响。研究沙波的运动规律对研究泥沙运动、河床演变和河道整治具有十分重要的意义。本文对国内外有关水槽与天然河道实测顺行沙波资料进行了分析研究,提出了计算沙波波高及波速和推移质单宽输沙率的公式。     

卵石河流库区推移质运动数学模型

本文结合都江堰枢纽改建工程动床模型实验,进行都江堰枢纽卵石推移质冲淤变形数学模拟的研究。都江堰河段冲淤变形,主要由卵石推移质引起,故冲淤变形计算只计入卵石推移质的影响。文中根据都江堰卵石推移质輸移特点,探讨了顺直河段及弯道河段各自的冲淤横向分布,卵石推移带宽、卵石推移质部份可动特点对输沙的影响。模拟计算结果与模型实测结果吻合较好。     

卵石河流库区推移质运动数学模型

本文结合都江堰枢纽改建工程动床模型实验,进行都江堰枢纽卵石推移质冲淤变形数学模拟的研究。都江堰河段冲淤变形,主要由卵石推移质引起,故冲淤变形计算只计入卵石推移质的影响。文中根据都江堰卵石推移质输移特点,探讨了顺直河段及弯道河段各自的冲淤横向分布,卵石推移带宽、卵石推移质部份可动特点对输沙的影响。模拟计算结果与模型实测结果吻合较好。     

非均匀卵石野外实测资料的整理与分析

在收集大量卵石野外实测资料的基础上，主要针对长江上游的川江及其支流和三峡河段进行整理与分析，得到了卵石河床的床面组成、卵石推移质级配、卵石形态特征及其输沙率的变化规律．     

来沙条件变化对河床形态及推移质运动的影响研究

针对山区河流来沙条件不确定性导致的河流形态变化问题,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3 mm的细沙运动表现为行进推移质,而中值粒径为8 mm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3 mm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8 mm的粗沙相反。     

An Investigation of Stochastic Nature of Bed Load Motion in Chuanjiang River

Bed Load Motion and its transport rate is one of the basic issues in river dynamics.In this paper, the authors discussed the stochastic nature of bed load motion in Chuanjiang River in details.Chungjiang lies in the upstream reach of Yangtze River.Its stochastic nature is shown in the following four aspects.Firstly, even though all the conditions are the same,due to the fluctuation of the flow,the bed load discharge and the location and width of sediment transport belts are different.Secondly,during the process of bed load motion, pebbles show the strong nature of intermittence.Thirdly,the sediment discharges through upstream and down- stream reach are not equal,i.e.the pebble motion exists the discontinuity.Fourthly,annual mean transport rates of bed load for different stations are different and variation of transport rate of pebbles for a given station with year is large.The four aspects will be discussed one by one detailedly.     

宽级配非均匀推移质输沙率的实验研究

非均匀沙推移质输沙率是生产中的一个重要问题,由于测验困难,许多河流尚无系统的原型观测资料。目前计算非均匀推移质输沙率的公式相差较大,难以得到统一的结论。本文利用实验及实测资料分析推移质输沙率的脉动特性,用负幂律分布进行描述,表明具有一定的普遍性。     

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。     

河道水流泥沙运动一维、二维模型嵌套及交界面连接问题

本文导得了河道水流泥沙运动一维、二维模型交界面连接的一般条件,对交界面上水流阻力、悬移质挟沙力、推移质输沙率、河床变形及床沙级配的一维、二维模型不匹配问题进行了合理处理,建立了河道水流泥沙运动一维、二维嵌套数学模型。     

Nonlinear dynamical characteristics of bed load motion

The turn of the century has ushered in reforms and improvements to many classical fields of study in science and engineering. Two worldwide trends in the development of science are noteworthy in particular. First, new inter-disciplinary areas are emerging as a result of classical subjects crossing over each other. Second, the nonlinear science has become mature enough to be increasingly applied to many fields[1,2]. River dynamics, as a central topic in the study of sediment transport, contains…     

3D mathematical model for suspended load transport by turbulent flows and its applications

In recent years, 1D sediment mathematical models have been widely applied in en-gineering practice. However, simulation results from such models provide limited tech-nical details and they cannot fully meet the requirements of engineering planning and design. Though 2D sediment mathematical models have been developing rapidly and already been used to solve the sediment problems in hydraulic engineering, the area near the main structure of a project has 3D problems of water flow and sediment m…     

洪水泥沙运动特性的一维数值模拟计算和分析

采用一维非恒定水流泥水流泥沙数学模型对黄河的“96．8”洪水泥沙输移特性进行了数值计算模拟，通过对洪水运动过程的水沙要素如断面的水位、数量、含沙量变化、洪水传播时间及河床冲淤等特性的分析表明，本一维非恒定泥沙数学模型在分析模拟洪水泥运动规律可靠性，为江河洪水预报提供一种重要的预测手段。