非均匀沙卵石推移质输移随机特性研究

使用天然尺度的实验室渠道观测了在恒定流的条件下非均匀卵石床面的推移质运动变化过程,采集到了更高精度、更长时间序列的输沙率变化过程,分析了输沙率统计变化对采样时间的依赖性。实测推移质输沙率的脉动现象十分剧烈,且当采样时间越小时,这种脉动现象越剧烈。来流为4300L/s,采样间隔分别为2、5与10min情况下,输沙率脉动值较平均值分别大约4.8倍、3.3倍与2.7倍;来流为5500L/s,采样间隔分别为2、5与10min情况下,输沙率脉动值较平均值分别大约3.2倍、2.1倍与1.9倍。卵石推移质单宽输沙率的离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值均随采样历时与无量纲希尔兹切应力的增大而减小。利用本次试验成果,通过多元线性回归得到的卵石推移质单宽输沙率的离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值与采样历时以及无量纲希尔兹切应力的关系式可为工程应用提供参考。     

非均匀沙卵石推移质输移随机特性研究

使用天然尺度的实验室渠道观测了在恒定流的条件下非均匀卵石床面的推移质运动变化过程,采集到了更高精度、更长时间序列的输沙率变化过程,分析描述了输沙率统计变化对采样时间的依赖性。实测推移质输沙率的脉动现象十分剧烈,且当采样时间越小时,这种脉动现象越剧烈。来流为4300l/s,采样间隔分别为2min、5min与10min情况下,输沙率脉动值较平均值分别大约4.8倍、3.3倍与2.7倍;来流为5500l/s,采样间隔分别为2min、5min与10min情况下,输沙率脉动值较平均值分别大约3.2倍、2.1倍与1.9倍。卵石推移质单宽输沙率的离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值均随采样历时与无量纲希尔兹切应力的增大而减小。利用本次试验成果,通过多元线性回归得到的卵石推移质单宽输沙率的离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值与采样历时以及无量纲希尔兹切应力的关系式可为工程应用提供参考。     

非均匀沙的推移质输沙率

本文对非均匀程度较大的推移质输移规律进行了研究.认为在分析输沙率与水流推移力之间的关系时,只有作用在运动沙粒上的有效推力才是有意义的,而作用在不动边界上的推力,不能推移泥沙运动;而且,沙粒所受水流推力的大小取决于沙粒投影面积的大小,而与本身的重量无关,从而求得了有效推移力的关系式.在此基础上,考虑了床面泥沙起动的随机性以及非均匀泥沙的起动规律,推得了非均匀泥沙的推移质输沙率公式.该式与其他学者的研究成果吻合尚好,并能够用于计算均匀沙的推移质输沙率.     

岷江都江堰河段卵石推移质的横向分布特性

常用的推移质输沙率公式多指单位河宽的输沙率计算，对于全断面的输沙率则涉及推移质输沙带的宽度和横向输沙率分布，本文以岷江都江堰河段卵石推移质输沙率的横向分布实测资料为基础，建立了用自然对数函数描述横向分布的概率分布函数，并对横向强输沙区，弱输沙区和不输沙区给出了量化指标。     

基于床沙随机分布的推移质输移统计规律

为了进一步完善推移质输移理论,采用暴露高度、暴露角定量分析床沙分布的随机特性,并通过试验对床沙随机分布特性进行研究.统计结果表明,暴露高度与暴露角均服从正态分布.基于微层起动概率概念及相对暴露高度与暴露角分布规律,建立了泥沙起动概率计算式.根据泥沙颗粒的受力平衡,推导推移质运动速度表达式,并且借鉴Engelund输沙模...     

非均匀沙推移质输沙率及其级配计算

本文根据水流功率理论,导出了非均匀沙推移质输沙率公式,并考虑了床沙运动的随机性及床面粗化对输沙率的影响;提出了推移质级配计算的公式。由非均匀推移质输沙率及其级配计算公式的计算值与作者、Samaga、Gilbert试验值及长江新厂(二)站、美国东汊河实测值吻合较好,并且能够用于均匀沙的推移质输沙率计算,具有广泛的通用性。     

非均匀沙分级推移质公式

根据近底泥沙交换的随机-力学模式及输沙率概率分布,从理论上建立了非均匀沙任意粒级推移质输沙率的新公式。采用作者提出的分级起动概率和颗粒跳跃速度表达式处理有关参数,而公式所及常数则由均匀沙输移试验资料确定。由此获得的非均匀沙分级推移质公式物理概念清楚、数学处理严密、能自动适应均匀沙情形。用非均匀沙分级输移试验资料的验证结果表明,理论能合理地描述非均匀沙推移质运动的客观规律。     

非均匀推移质级配研究

根据脉动流速服从正态分布和输沙平衡时床沙与推移质泥沙颗粒的交换处于平衡状态的概念,经理论分析得到了适用于宽级配非均匀沙河槽的推移质输沙率及其级配计算,由非均匀推移质输沙率及其级配计算公式的计算值与Davies、Day、Gessler、Little和Mayer等水槽试验值及美国东汊河、Tanana河、Snake河及长江宜昌等河道实测值吻合较好。     

水库下游近坝段卵石推移质输沙率的研究

水库下游近坝河段推移质输沙问题十分复杂,涉及到多方面因素的影响.本文分析了水库下游近坝河段卵石推移质的产输规律,引入临界起动粒径的概念,建立适用于近坝河段的起动流速公式.选择适用于近坝河段的成勘院经验公式并对参数加以率定,结合近坝河段起动流速公式建立近坝河段的卵石推移质输沙率公式,经检验结果基本吻合.     

弯曲河道推移质输沙带的研究

本文建立了适用于弯曲程度不同时的河道泥沙起动流速公式，对环流非充分发展的，床面达到动平衡状态的弯曲河道推移质强烈输沙带进行了研究。导出了弯曲河道内呆烈输沙带的曲线方程，经模型连续弯道内实测输沙带的位置和计算强烈输沙带曲线的比较，结果令人满意。     

减速流条件下卵砾石输移规律初步研究

实测资料显示,长江三峡水库变动回水区末端段床沙质以卵砾石夹沙为主,消落期出现的碍航特性主要由卵砾石推移质运动造成,对三峡库尾段航运造成很大影响,有必要对库尾水流条件下的卵石输移规律进行研究。库尾水流通常是非均匀减速流,目前对非均匀流的研究多把局部近似为均匀流。通过库尾非均匀流减速流的卵砾石输移水槽试验,观测减速流卵砾石运动输移过程,并确定非均匀系数对卵砾石输沙强度的影响,再与已有推移质公式对比,根据已有相近的输沙强度公式结构形式,结合水槽试验结果,拟合得出含有非均匀系数的适合于减速流态下的卵砾石输移的输沙强度公式,并通过计算值与实测值的对比验证公式的合理性。     

基于图像识别的非恒定流卵砾石输移试验研究

采用自主研发的水位、泥沙运动同步观测系统,分析相同幅度、不同周期非恒定流条件下卵砾石起动试验研究,其中水位与泥沙运动观测系统主要由相机、超声水位计组成。提出了卵石运动图像的分析方法,能够有效识别经过断面的卵石运动。初步对非恒定流条件下卵砾石输移进行研究,试验结果表明,非恒定流条件下,上升段输沙强度大于下降段输沙强度,随着周期的增加,上涨段与下降段的输沙强度差逐渐减小。     

"径向粗化"机理解析

不断增加的野外证据和室内水槽试验的结果表明:在一定的空间尺度内,非均匀底沙在向下游输运的过程中会出现“径向粗化”的现象,即颗粒级配沿径流方向增大的现象。本文基于热力学第二定律和泥沙运动力学的相关理论,探讨了形成这一特殊现象的内在机理。研究表明,“熵致相变”和“体积排斥效应”决定了具有混合粒径的颗粒系统在趋向平衡态的演化过程中,不同属性的颗粒会发生分异而相同属性的颗粒则会聚集在一起,特别是粗颗粒群体通常集中分布在系统的边缘处。但是这一过程的实现不仅需要外部对称破坏场如水流的剪切作用等来触发和强化,也需要通过“逆序级配”的运动途径来实现。而后者则是由以碰撞作用为主的颗粒运动中产生的法向离散力所决定的。     

大比降卵石河床水流运动试验研究

针对我国西北地区内流河宽浅变迁河段的比降和河床组成,本文采用乒乓球模拟颗粒排列紧密的大比降河床,研究大比降卵石河床的粗糙尺度和流速分布问题。试验研究发现:(1) 相对光滑度H/Ks >1.9时,垂线流速服从对数分布规律较好;H/Ks <1.9 , 粗颗粒的形状对水面产生明显影响,对数分布规律较差,小尺度粗糙的临界值可确定为2。(2)采用对数流速分布拟合试验数据,在卡门系数k为0.4的情况下,得到粗糙壁面的积分常数为 9.4。并对本试验结果与国内外的研究成果作了比较。     

浑水推移质分组输沙研究

天然河流的泥沙输移大多在浑水条件下进行,浑水条件与清水条件下的输沙机理存在一定差异。基于近底泥沙交换三状态随机-力学模式,考虑了床沙与推移质向悬移质的净交换,引入扬动概率,建立了浑水中非均匀推移质分级输沙率公式,进而导出总输沙率及推移质级配的计算式。浑水条件下进行的推移质输移水槽试验和野外实测资料验证了该理论公式的合理性与可靠性,并发现浑水条件下推移质级配可能粗于原始床沙级配。研究结果表明:在浑水中,以悬移质形式存在的砂质泥沙含量对有效估算推移质输沙率有着不容忽视的影响。在某粒级运动泥沙总量不变的前提下,由于一部分沙粒悬浮于水体中,将使得推移质数量相对减少。     

基于床面层能量平衡关系的推移质输沙率计算式

基于床面层内的水流能量关系,推导了推移质输沙率与床面层内有效水流功率的关系式.实测资料表明,推移质输沙率与床面层内有效水流功率有良好的相关性,且高于推移质输沙率与水流功率的相关性.经2 800组试验资料与天然河流资料的检验表明,该关系式的适应性良好,计算精度较高,并优于同类型的基于水流功率的推移质输沙率公式.     

北江下游推移质输沙研究

采用数值模拟与实测资料相结合的方法研究了北江下游推移质输沙率公式的适用性、洪枯季推移质输沙率及空间分布。结果表明以切应力为主要参量的推移质输沙率公式较适用于北江下游河道,洪季Bijker公式、枯季Van Rijn公式计算误差较小。石角断面洪季推移质输沙率为9.06万t/月,枯季为2.43万t/月,年推移质输沙量为49.54万t。推移质输沙主要集中在大塘以上河段,洪枯季均在山塘上游、廻岐洲、界牌洲等处出现输沙率峰值,大塘下游推移质输沙较弱。水面比降是推移质输沙率沿程变化的主导因素。     

泥沙输移强度计算公式的再研究

输沙强度计算公式的精度,在很大程度上取决于水流强度指标的选取。本文在对以往各种水流强度指标分析的基础上,提出了统一的水流强度指标形式,并由此推导出一般形式的输沙强度计算公式,该公式可概括现有的有关输沙公式。同时利用多组实测水槽资料对公式中的系数进行了率定,与其它几个输沙强度公式比较表明,本文公式具有较高的精度。