床面泥沙位置特性试验研究——暴露角、纵向水平间距及相对暴露度概率密度分布

通过自行设计的试验装置,测量并分析了随机堆放条件下均匀玻璃球纵向水平间距、暴露角及其概率密度,推导了相对暴露度概率密度分布。结果表明,暴露角服从正态分布,取值范围为[0°,90°];纵向水平间距符合波形分布,与程年生的试验结果基本一致;在纵向水平间距取值介于[0,D]时,纵向间距、暴露角及相对暴露度之间存在着确定关系,三者概率密度函数可以相互转化。从暴露角正态分布公式推导出的纵向水平间距(取值0~D)概率密度分布曲线与实测值吻合良好;从暴露角正态分布公式推导出相对暴露度Δ'的取值范围为[0,0.5],概率密度分布服从正偏态分布。     

泥沙颗粒暴露度与等效粒径研究

回顾了对暴露度的研究现状及存在的问题。提出了一种定义暴露度的方法及其计算式，同时得到了计算暴露度Δ及暴露度系数ξ的表达式。经过分析，给出了ξ的取值范围为0～1，它随颗粒在床面的位置而变。同时提出了等效粒径的概念及其计算方法。并对不同粒径，在床面不同位置的暴露度、暴露度系数及等效粒径进行了计算。对非均匀沙，当相对暴露度系数一定时，大于平均粒径的泥沙颗粒的等效粒径较同等粒径均匀沙的等效粒径小，容易起动；小于平均粒径的颗粒较同等粒径均匀沙的等效粒径大，较难起动，等于平均粒径的颗粒与均匀沙等效粒径相当。经分析等效粒径是一种较符合实际的方法，且公式简单、使用方便。     

均匀泥沙相对暴露度的试验研究

以杨奉广建立的相对暴露度概念为基础,通过自行设计的试验装置,测量了均匀玻璃球的暴露角和河卵石的绝对暴露度,分析计算了其相对暴露度及其分布规律。结果表明,玻璃球相对暴露度取值范围介于0~0.5之间,暴露角呈正态分布,相对暴露度呈偏正态分布;在此基础上,利用实测资料对暴露角正态分布公式中的系数进行了率定,通过暴露角和相对暴露度概率密度函数转换,给出了相对暴露度概率密度函数;河卵石相对暴露度取值范围也介于0~0.5之间,相对暴露度呈偏正态分布,与本文公式的分布曲线不完全重合,说明河卵石复杂外形、粒径和形心的不同对其相对暴露度概率密度分布曲线的影响较大。     

均匀沙起动流速研究

从均匀沙起动的特点出发，阐述了其运动机理，分析泥沙颗粒受力时，除考虑拖曳力，上举力和下水重力外，还应考虑由于颗粒相对暴露度而产生的附加质量力。验算表明，提出的附加质量力的概念及其表达式是合理的。采用滚动起动模式，通过对附加质量力的要领有主表达式和相对暴露度参数的引入，推得了均匀沙起动公式，并用实测资料进行了验证，同其它学者们的公式相比较为合理，该系数包含了其它公式。同时还得到了包括粘性沙在内的均匀的起动流速公式，说明本公式基本能反映均匀沙的起动特性。     

泥沙颗粒床面暴露度的理论分析及应用

床面泥沙暴露度是影响床面泥沙起动和输移的重要因素之一,目前在理论层面如何合理描述其影响尚未形成清晰的认识.本文在已有研究的基础上,针对非均匀沙,提出了新的暴露度计算公式,建立了床面泥沙暴露度与泥沙粒径之间的函数关系.基于该公式,推导得到了包涵暴露度影响的单颗粒滚动和跃移运动参数的理论表达式,通过与跃移距离和跃移高度的实...     

基于二维泥沙颗粒的相对隐蔽度初步研究

绝对隐蔽度和相对隐蔽度是泥沙颗粒隐蔽度研究中的2大派别。针对韩其为定义的二维泥沙颗粒相对隐蔽度,给出了统计意义上的宽级配非均匀沙颗粒相对隐蔽度的计算式,对该式的物理意义进行了讨论,并提出了基于泥沙相对隐蔽度的宽级配非均匀沙中“大颗粒”、“小颗粒”、“中等颗粒”的概念。     

非均匀沙起动规律研究

非均匀沙运动规律与均匀沙存在明显的不同。本文从非均匀沙运动特点出发，简要阐述了非均匀沙的运动机理，利用滚动平衡方程式建立了能反映非均匀沙粗化，细化过程和床沙受暴露，隐蔽作用和起动流速公式，利用实测资料率定计算公式中的系数。与其它起动流速公式相比，本文推导的起动流速公式较好地反映了非均匀沙的起动特性；较细的非均匀床沙较粒径均匀的同粒径床沙难于起动，而较粗的非均匀床沙较粒径均匀的同粒径床沙易于起动。     

基于三维泥沙颗粒相对隐蔽度的岸坡上散体均匀沙起动条件初步探讨

人们往往利用滑动起动模型来解决岸坡上的泥沙起动问题,而采用滚动模型来研究泥沙起动的成果却不多见,主要原因是坡面上泥沙颗粒的转动支点难以确立.为此,本文提出了对“虚拟力矩”的设想,运用三维泥沙颗粒相对隐蔽度的研究成果,建立了岸坡上散体均匀沙的滚动模型,推求了对应的近底作用起动流速公式.最后建立了无因次起动切应力与三维泥沙颗粒相对隐蔽度在不同起动标准下对应的数值关系,并进行了讨论.     

球体状泥沙纵向相对暴露度概率密度分布

泥沙颗粒相对暴露度反映了泥沙在床面上的相对位置,它不仅直接影响着泥沙颗粒受力大小及滚动起动力臂大小,还可以间接改变颗粒周围水流结构,进一步影响颗粒受力大小及滚动起动力臂大小。通过自行设计的试验装置,测量了均匀球体泥沙绝对纵向暴露度,分析计算了纵向相对暴露度及其分布规律。结果表明,纵向相对暴露度可分解为x和y两个独立分量,其对应的取值区间分别为1～4.5和-1.5～1.5,且分量概率密度近似服从正态分布;纵向相对暴露度取值区间介于3.5×3的方形面域,区域内各点的概率密度也近似服从正态分布。对纵向相对暴露度的指数分布与正态分布进行了比较,结果表明,正态分布形式更适用于描述纵向相对暴露度的概率分布,计算值与实测值之间的误差较小。     

基于相对暴露度的河床冲刷率及推移质输沙率公式

爱因斯坦推移质输沙率公式的理论框架得到普遍认可,但公式在细节处理上尚存在一些不足,很多学者对其进行了修正和改进,但至今有关床面泥沙随机分布特性仍欠考虑。基于床面泥沙相对暴露度概念,计入床面泥沙随机分布特性,采用滚动起动模式,建立了床面泥沙冲刷概率,并对爱因斯坦推移质输沙率公式进行了修正与完善。经实测资料验证,修正后的输沙率公式与实测资料符合良好。     

泥沙颗粒相对隐蔽度理论分析及其应用

泥沙颗粒相对隐蔽度对泥沙的起动、输移等研究均有重要意义。简要阐述了作者近年来在相对隐蔽度理论分析及其应用方面的部分成果,包括：基于不同维度的相对隐蔽度及隐蔽度的分布规律;基于隐蔽度分析的底坡、岸坡及床面上泥沙起动流速;基于隐蔽度分析的宽级配非均匀沙起动特性 Shields 带状曲线成因分析以及基于隐蔽度分析的泥沙颗粒水下内摩擦角试验等相关研究,最后对泥沙颗粒相对隐蔽度的实验研究提出了展望。     

泥沙颗粒相对隐蔽度在散体沙起动研究中的应用

运用泥沙隐蔽度的研究成果,结合泥沙起动的滚动模型,导出了以隐蔽度为参数的泥沙近底作用起动流速公式。通过对该式分别进行的极限分析和单调性分析,论述了散体沙起动的几个物理现象,论证了宽级配非均匀沙的起动特性。经过对泥沙颗粒隐蔽度分布特性及泥沙起动标准的分析,建立了泥沙颗粒隐蔽度与无因次起动切应力之间的数值关系。最后借鉴前人的研究成果,验证了本文公式的适用性。     

浅析格田淤区均匀沉沙的控制条件

本文对一些引黄放淤实际工程进行了分析，论述了格田内泥沙运移沉积的特点与影响沉瘀效果的因素。同时根据格田区内水沙运动特点和泥沙质量守恒原理，探讨了影响泥沙均匀落淤的格田流量、断面尺寸和退水口水位的控制条件。     

不同灌水方式下灌水均匀度评价

从灌溉系统均匀度和土壤湿润均匀度两方面对不同灌水方式下灌水均匀度的研究概况进行了归纳总结.指出畦灌对水分分布的动态过程研究较少,喷灌应加强降低工程能耗、提高灌水均匀度等的研究,滴灌对大田尺度及线源或面源研究较弱等.预计在未来几年内,有关灌水均匀度的研究可望在两方面取得进展:①通过对土壤水分运移的复杂性以及土壤水分分布均匀度的影响因素进行区分,找出每一种因素与土壤水分分布均匀度间的定量关系;②通过对滴头点源、线源灌溉下土壤湿润特性的研究,进一步延伸到面源灌溉等方面,从而达到点、线、面、体的有效结合,提高灌水均匀度.     

基于流向跟踪和差异度的引黄灌区完备度评价

针对目前引黄灌区存在的用水效率较低、定额配水管理方式较落后等问题,以三义寨灌区为研究区域,对引黄灌区综合完备度的量化评价开展研究。采用用水流向跟踪法识别综合完备度相关的影响因子,构建了由2个子系统9个指标组成的定量评价指标体系,利用相对差异度函数构建了综合完备度模糊可变计算模型。以三义寨灌区2005—2014年数据为基础,根据设定的5级标准对灌区进行综合完备度评价,结果显示:2005—2007年三义寨灌区综合完备度为Ⅱ级(较差),2008—2014年为Ⅲ级(中等),呈逐年上升趋势,2012年评价分值最高,为74.81分。通过实例验证认为,构建的模型能够准确、清晰地对引黄灌区进行综合完备度评价,为引黄灌区找到工程、管理方面存在的短板提供依据,为实现引黄灌区"以需定供,以耗定供"供水方式奠定基础。     

黄河粗沙输沙量沿程变化分析

根据对黄河干支流28个主要水文站1952－1998年悬移质泥沙中粗泥沙输沙量的分析得出：1967年以来，随着上游青铜峡、刘家峡、龙羊峡等大型水利枢纽的相继投入运用，头道拐站的悬沙输沙量明显减少，但悬沙中粗沙量变化不大；头道拐一龙门区间，70年代中后期悬沙输沙量明显减少，其中粗泥沙量减少的幅度更大；三门峡水库出库粗、细泥沙量随水库运用方式的不同而变化，从时段累计结果看，蓄清排浑控制运用期，潼关以下库区在运用年内虽然达到了冲淤平衡，但已呈现出“拦细排粗”的特性；下游河道粗、细泥沙量的变化主要受三门峡水库运用方式的影响，粗泥沙量的变化主要发生在高村以上河段，高村以下相对稳定。     

小浪底水库异重流排沙研究

通过对小浪底水库异重流各种水文要素进行观测,掌握库区水位和进出库水沙量的变化过程,进而确定塑造小浪底水库异重流的水库运用水位。结合历年异重流测验的经验和小浪底库区的地形条件,认为利用异重流输沙和排沙特性,可以达到排沙减淤或者改变库区淤积形态的目的。     

我国江河治理与泥沙研究展望

水资源和泥沙的不均匀分布，特别是北方河流的泥沙问题，使我国江河治理的工作异常复杂，江河治理工作必须结合考虑水资源、泥沙和环境等方面的因素． 人类剧烈活动对河流的来水来沙过程产生了重要的影响，使河床演变规律发生了巨大的变化． 提高江河治理工作中的科技含量，加强江河治理中的科技创新，将是 21 世纪我国江河治理与泥沙研究中科技发展的趋势，主要反映在以下几方面：（1）泥沙作为环境问题的一个重要组成部分，研究泥沙与区域环境演变及其治理；（2）将泥沙作为一种资源，研究水沙资源综合利用与调控；（3）人类剧烈活动影响下的河床演变、河道整治及工程泥沙研究；（4）加强学科交叉和高新技术应用的泥沙基础理论研究．     

我国江河治理与泥沙研究展望

水资源和泥沙的不均匀分布，特别是北方河流的泥沙问题，使我国江河治理的工作异常复杂，江河合理工作必须结合考虑水资源、泥沙和环境等方面的因素，人类剧烈活动对河流的来水来沙过程产生了重要的影响，使河床演变规律发生了巨大的变化，提出江河治理工作中的科技含量，加强江河治理中的科技创新，将是21世纪我国江河治理与泥沙研究中科技发展的趋势，主要反映在以下几方面：（1）泥沙作为环境问题的一个重要组成部分，研究泥沙与区域环境演变及其治理；（2）将泥沙将作为一种资源，研究水资源综合利用与调控；（3）人类剧烈活动影响下的河床演变、河道整治及工程泥沙研究；（4）加强学科交叉和高新技术应用的泥沙基础理论研究。