潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力研究述评

本文对国内外有关潮流和波浪作用下的悬移质挟沙能力的研究成果进行了全面系统总结和分类，分析各类挟沙能力公式的优缺点。最后，指出只有系统地研究床面泥沙交换的微观机制，引入新的理论和方法才能使潮流和波浪作用下挟沙能力的研究取得较大的进展。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。     

黄河口潮流波浪挟沙能力研究

在前人研究的基础上,首先根据能量平衡原理得出了波浪挟沙力表达式,再将风暴和潮流对水流挟沙能力的影响一起计入水流挟沙能力,并考虑到河口水流所能挟带泥沙的含量是波浪、潮流、风暴同时叠加挟沙的结果,得出了潮波风暴水流挟沙能力计算公式.检验表明,计算值和实测值比较接近,可以用于实际工程中.     

悬移质挟沙能力水槽试验研究

利用0.03 mm黄土和卵石碾成粉末制成的0.03 mm人工沙,0.06 mm黄土,0.13 mm黄沙,共计4种沙样,在槽长33 m,宽1.25 m,深0.5 m,可以调节坡度的钢板水槽内按系统试验方法进行饱和含沙量试验.进槽含沙量较高,含沙量沿程降低,底部泥沙淤积,形成沙波,待水流中含沙量在1～2 h内保持不变时,定义为极限或饱和含沙量.每次试验测定含沙量、流速、水深、水面比降、悬沙颗粒级配、槽底泥沙淤积比降、槽底泥沙颗粒级配等数据,探求细粒泥沙在一定条件下的饱和悬沙含量,即悬移质挟沙能力.试验观测及理论分析表明,在恒定均匀水流条件下,浑水悬沙饱和含沙量取决于悬浮泥沙的沉速、水流流速、水深、水力半径、水面比降、底部淤沙粒径各水沙因子.在寻求挟沙能力经验公式中,除水流本身紊动挟沙外,还应考虑底部含沙量,淤沙粒径,包括糙率(沙波高度)和底沙运动,对输沙的影响,所求得的经验公式包括Velikanov公式诸因子以及底沙受水流剪力流速和底沙粒径的比值的因子.天然渠道资料检验说明了公式的适用性.     

悬移质水流挟沙能力与输沙特性

悬移质水流挟沙能力与输沙特性对于冲积河流泥沙冲淤、河床演变影响很大。作者在对我国广泛应用的悬移质挟沙力半经验性公式进行分析基础上，指出了这类公式应用的局限性，并通过试验研究提出了悬移质水流挟沙能力的新关系式，同时对输沙平衡时的临界不淤流速及临界坡降等表达式进行了探讨，文中结论的应用限于S=2-40kg/m^3中低含沙量的情况。     

东北地区河口潮流挟沙能力的研究

统计分析了东北地区四个主要河口及口门外潮流的悬移质含沙量的观测结果,发现当水体相对紊动强度较弱时(相对紊动强度用水流对泥沙的有效作用力Fb与泥沙颗粒间的粘结力Fc之比Fb/Fc表示),即Fb/Fc<3时(此时含沙量小于0.8kg/m3),泥沙絮凝对泥沙的悬浮有显著的影响;而当Fb/Fc≥3时,这种影响可以忽略。本文将一日内涨、落潮阶段的平均流速、平均水深和平均含沙量作为特征参数,给出了东北地区四个主要河口及口门外涨、落潮水流的含沙量(水流挟沙力)计算公式,虽然这四个河口的潮汐特性、泥沙组成差异较大,但它们潮流的悬移质含沙量都可以被同样的水流挟沙力公式所描述,显示出本文给出的计算潮流的挟沙能力公式具有较好的普适性。     

明渠挟沙水流中悬移质的床面平衡浓度

本文通过泥沙颗粒运动的概率密度输运方程,推导出床面附近运动的泥沙颗粒的概率密度函数及相应的泥沙颗粒向上运动和向下运动的通量,建立了计算明渠挟沙水流悬移质床面平衡浓度的关系式。通过与试验资料及经验公式的比较对本文建立的关系式进行了检验,结果表明本文所得计算公式与实际符合较好,可用于悬沙床面平衡浓度的计算。     

粗细泥沙挟沙能力研究

文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式，反映出含沙量、来沙量、级配和粘性对挟沙能力的影响。     

冲积河流的水流挟沙能力

在前人研究成果的基础上分析了水流挟沙的物理模式，以挟沙水流紊动能量方程为理论基础，得出了紊动能产生项和粘性耗散项的表达式，由此推导出适用于水流的紊流三区(光滑区、过渡区和粗糙区)的挟沙能力计算式，依据天然河流实测资料和室内水槽试验资料，验证了该水流挟沙能力计算式．针对该计算式分析了影响水流挟沙能力的因素．     

水流挟沙能力公式的转化与统一

水流挟沙能力作为河道水力与泥沙因子和河床补给条件相互作用的重要综合性参数，一直是河流动力学中的核心问题之一，倍受学术界关注。本文首先基于悬移质运动效率系数等泥沙悬浮能量的角度建立水流挟沙能力统一结构公式；然后对前人众多的水流挟沙能力公式进行分类、归纳为含沙量型与输沙率型两种主要形式，并通过进一步的推导转化，将现行的主要挟沙能力公式统一于通用的结构公式，表明统一结构公式具有良好的通用性与实用性；文中最后应用黄河、长江等大量的天然实测资料对张红武等四家同时能适合于高、低含沙水流挟沙力公式的可靠性进行验证与分析，结果表明张红武和作者公式的计算精度令人满意，该项研究成果对于河流动力学学科发展及指导河道整治工程规划设计具有重要意义。     

水流挟沙能力公式的转化与统一

本文首先基于悬移质运动效率系数等泥沙悬浮能耗的概念建立了水流挟沙能力统一结构式公式;然后对前人众多的水流挟沙能力公式进行分类、归纳为含沙量型与输沙率型两种主要形式,并通过进一步的推导转化,可将现行的主要挟沙能力公式统一于结构公式中,表明统一结构公式具有良好的通用性与实用性。文中最后应用黄河、长江等大量的天然实测资料对张红武等4家同时能适应于高、低含沙水流挟沙力公式的可靠性进行验证分析,结果表明张红武和作者公式的计算精度比较符合实际,建议在实际工作中加以应用。     

黄河中,下游引黄灌区渠道水流挟沙能力的研究

引黄灌区渠道水流挟沙能力是工程设计的关键参数。本文在分析灌区引水引沙条件特性及影响渠道泥沙冲淤因素的基础上，提出了采用相对平衡含沙量方法，即根据已建灌区输水渠泥沙冲淤特性确定水流挟沙能力的特征值。     

挟沙水流卡门常数的影响因素

挟沙水流卡门常数是反映泥沙运动对水流结构影响的重要参数之一,本文回顾并讨论了挟沙水流卡门常数的计算公式及其影响因素.基于影响因素的量纲分析,得到了影响挟沙水流卡门常数的无量纲参数的关系式,由水槽实验资料确定出卡门常数的计算公式.经有关实验观测资料和长江、黄河实测资料的检验,表明本文所得公式计算的卡门常数与实验观测资料和野外实测资料的分析值均符合较好.     

挟沙水流紊动结构研究现状及进展

系统总结了清水、低含水流和高含沙水流的紊动结构研究现状，包括研究理论与方法、试验手段、现有成果与存在的分歧。提出有待研究的成果。     

非均匀沙水流挟沙力研究

本文对平衡输沙和不平衡输沙情况下非均匀沙水流挟沙力规律进行了研究，得到了平衡输沙时非均匀沙分组挟沙力公式及可能挟沙力经验曲线，定性分析了非均匀沙可能挟沙力与均匀沙挟沙力之间的差异，并且探讨了来沙条件对水流挟沙力的影响，提出了非平衡输沙时瞬时挟沙力和有效挟沙力概念及计算方法。     

波浪挟沙能力及航道骤淤机理的研究

从理论上对波浪作用下的“挟沙能力”进行了定义和推导,基于波浪的悬沙和挟沙机理,求得波浪作用下泥沙浓度分布函数。在此基础上,对河口海岸区域及航道的骤淤进行了研究,依据河口泥沙的骤淤形成和发生情况的不同,将其划分为大于水体极限含沙量型骤淤(绝对骤淤)、不平衡输沙型骤淤、风浪停止型骤淤以及异重流停顿型骤淤四种模式,并分别给出了4种骤淤模式的计算方法。分析表明,黄骅港附近海域与航道,属于不平衡输沙型骤淤、风浪停止型骤淤两种类型,黄骅港实际含沙量分布和航道骤淤情况计算结果验证了本文所提模式。     

天然河道水流挟沙能力研究

天然河道水流挟沙能力的确定对于利用数学模型来模拟泥沙运动和河床变形具有重要意义。本文在收集大量天然河流实测资料的基础上,对长江、汉江、塔里木河干流、黄河以及三门峡水库的水流挟沙能力进行了分析研究,选定了既适合于低含沙河流也适用于高含沙河流水流挟沙能力的计算公式,探讨了确定挟沙能力系数和指数的方法,避免了利用数学模型计算时系数取值的不确定性,提高了数学模型应用于不同天然河流的适应能力。研究表明,韩其为的高低含沙量统一的挟沙能力公式可以适用于各种不同的天然河流,系数取值稳定,且容易确定。     

大盈江、瑞丽江中下游河道水流挟沙能力初探

水流挟沙能力是河流动力学的基本问题,是河床演变分析和河道整治工程设计的重要基础。随着临河、跨河建筑的增多,防洪影响评价工作的开展,面临越来越多河道演变等问题的分析计算,根据大盈江、瑞丽江中下游河段的水流泥沙实测资料对该河段水流挟沙能力进行了初步探讨。     

挟沙水流紊动结构

挟沙水流的紊动结构是什分复杂的研究课题。本文中首先综述了有关清水水流的紊动结构中有代表性的几种研究途径及其存在的问题，进而对挟沙水流的紊动结构进行了综合评述。