1-7河流泥沙10组分界粒径述评

从分界理论和分界阈值等方面,对泥沙分类、球体泥沙沉速、单矿质泥沙、黏粒溶胶、泥沙絮凝、泥沙触变、淤积初始干密度、沙波初始形态、推移质悬移质、床沙质冲泻质等冲积河流泥沙10组分界粒径(分界阈值上界为2.0 mm、下界为0.001 mm)进行了概述,给出了10组分界粒径的特性表和“谱系表”。10组分界粒径的本质核心是粗沙与细沙的划分;基于属性分类方法,10组分界粒径可划分为主要基于泥沙特性(第Ⅰ类),依赖于泥沙与水流两者特性(第Ⅱ类),依赖于泥沙、水流和河床演变三者特性(第Ⅲ类)3种类型;基于确定性分类方法,又可划分为分界意义明确和分界阈值确定(A类)、分界意义明确性较差或者分界阈值确定性较弱(C类)、介于两者之间(B类)3种类型。归纳提出了粗沙与细沙分界粒径、分界粒径与临界流速、泥沙沉速与起动流速等有关河流泥沙分界粒径的讨论问题和研究课题。研究成果提升了河流泥沙分界粒径的系统性和重要性,建立了泥沙“微观”特性与河流“宏观”特性之间的联系。     

泥石流窗口坝调节泥砂粒径试验研究

窗口坝是常用泥石流拦挡坝之一,其泥砂粒径调节能力是窗口坝设计的主要考虑因素,也是目前急需解决的基本问题。通过试验对窗口坝拦截不同性质泥石流的泥砂粒径调节功能进行了探讨,初步研究结果表明:窗口坝具有一定拦粗排细功能,拦粗排细效果对黏性泥石流最差;提出了临界粒径的概念并给出了临界粒径变化范围;临界粒径的大小与变化范围受泥石流性质和窗口坝闭塞类型(全闭塞、部分闭塞、不闭塞)的影响;就同一坝而言,拦截泥砂的临界粒径随泥石流密度增加而增大。     

非均质泥石流泥位特征值计算方法

以非均质泥石流分界粒径模型和固液两相运动模型为基础,结合应用推理公式法和配方法计算泥石流流量,提出了非均质泥石流泥位特征值的计算方法。以长江上游水土保持重点治理区泥石流监测预警重点示范点四川省宁南县史家沟泥石流为例进行计算,结果表明当泥石流容重为1.80t/m3时,史家沟10年一遇的泥位特征值最小;当泥石流容重为2.20t/m3时,史家沟百年一遇的泥位特征值达到最大,进一步将泥位特征值计算结果与监测断面相匹配和检验分析,表明该泥位特征值计算方法是可靠的,从而为山洪泥石流防治工程规划设计和研发泥石流灾害监测预警系统提供技术支撑。     

泥石流的计算方法探讨

对泥石流的分布、形成、分类、泥石流的流量及其对泥石流的计算方法和有关因素的取用进行了分析探讨.     

不均匀细颗粒泥沙粒径对絮凝的影响试验研究

对不同地区的天然沙对应天然水，及不同模型沙对应北京地区自来水的不均匀细颗粒泥沙进行了絮凝试验，并对试验资料进行了初步分析，提出了不均匀细颗粒泥沙的絮凝度Ｆ１与泥沙粒径的关系。     

稀性泥石流水跃现象中能量耗散率研究

基于流体力学水跃理论,针对陡坎地形对稀性泥石流的消能作用建立物理模型进行理论推导,提出陡坎地形下稀性泥石流动能耗散率理论公式。此外,引入权纵比降概念来表达沟道地形对泥石流势能转化为动能的能力大小。通过对陡坎地形条件下稀性泥石流能量耗散率的理论推导,揭示了稀性泥石流陡坎地形能量变化的方式和过程,有助于泥石流的治理及预警预报。     

黏性泥石流残留层的床面减阻研究综述

黏性泥石流运动理论的核心问题在于确定黏性泥石流运动阻力和流速。但由于其运动的复杂、流态的多样,导致了阻力准确计算的困难,也制约了泥石流运动流速和流量公式的建立和推广应用。关于黏性泥石流的运动阻力问题,目前多聚焦于泥石流固液间相互作用的内部阻力关系,鲜见对于其床面阻力的研究。介绍了黏性泥石流的典型运动过程—"铺床",描述了铺床过程形成的残留层导致床面减阻现象,概述了目前国内外各泥石流运动模型对泥石流阻力的研究,并总结了残留层导致减阻的可能原因和目前多采用的床面阻力计算方法。认为残留层导致的复杂减阻效应,是黏性泥石流运动尤其是高速运动研究中不可忽视的一部分,但目前各类模型和水力学经验公式都无法概化黏性泥石流运动床面的阻力变化。鉴于此,提出了未来可开展的工作:(1)认知"铺床"导致的残留层的形成和发展过程;(2)探讨残留层床面减阻机制;(3)研究残留层床面阻力计算。     

山西农业干旱区划水分亏缺分界值的合理确定

本文以经过充分论证的、在山西划分旱情严重程度的旱情评价指标（产量型指标）分界值为基础和出发点，按照协调原则和有关分析，论述了农业干旱区划中，以水分亏缺指标划分一级区时，不同缺水程度分区的分界值如何合理确定的问题，并得到结论，在山西的自然条件下，多年平均的降雨满足作物需水程度指标（水分型指标）小于０．５２的地区为水分严重亏缺区，０．５２～０．７０之间的地区为亏缺区，０．７０～０．８５之间的地区为轻亏缺区，从而为在农业干旱区划编制时如何划分一级分区提供了依据。     

坝后泥石流回淤坡度的模型实验研究

泥石流回淤坡度是拦挡坝设计一项很重要的参数，直接影响拦截库容和工程效益。为探讨坝高以及沟床纵比降与回淤坡度的关系，选取相似比λ1为500进行模型实验。结果表明：沟床纵比降与回淤坡度呈正相关关系，不同坝高条件下，回淤坡度与沟床纵比降线性增长速率不同；坝高与回淤坡度呈二次函数关系，沟床纵比降一定，坝后回淤坡度随坝高的增大先增大后减小。     

基于SVM方法的小流域泥石流输沙量预测

介绍SVM方法的基本原理及特性,建立基于SVM方法的小流域泥石流输沙量预测模型,用复相关分析法确定了影响流域输沙的3个主要因子:过程降雨量,前期降雨量,泥石流历时。对12组实测资料进行训练,训练值与实测值吻合较好;用训练好的模型对5组实测资料进行预测,预测效果优于神经网络模型。理论分析和实例验证均表明SVM方法可以获得整体最优效果。     

泥石流输砂能耗及运动速度与阻力的计算方法

泥石流由于其固体浓度高，物质组成的粒径范围很宽、运动机理十分复杂，因而泥石流治理实际工作中急需解决的问题，如泥石流运动速度及阻力等的计算，迄今未能取得满意的结果。本文根据泥沙运动力学理论，分析泥石流中不同粒径固体运动形式及其消耗，从宏观的能量角度提出各类泥石流的运动速度与阻力计算的新途径，其结果可供实际工作者参考应用。     

基于动量守恒的粘性泥石流冲击力计算

目前针对泥石流冲击压力的计算公式均假定泥石流体为连续流体。粘性泥石流的主要流动形式为阵流,其流速和密度的变化规律,目前尚未清楚,采用现有公式误差较大。本文基于动量守恒原理,引入泥石流体微元概念,推导出泥石流冲击力计算公式;采用Hilbert变换这种数字滤波方法对实测的冲击作用信息进行信号处理后,计算出公式所需参量。     

粘性泥石流产流机理探讨

粘性泥石流产流是斜坡或沟床中粘粒含量较高的松散土体与入渗为主的水体结合,产生容重和起始静力分别大于1.8-1.9t/m3和30Pa的土水混合流。产流包括两个紧密相连的过程:含水量饱和或局部饱和土体的起动过程;动起后的流体化过程。本文首先阐述粘性泥石流产流的4种理想化情况及其相应的公式和4类流体化方式;然后结合泥石流活动的实际状况,提出粘性泥石流产流的4种常见类型,从而综合探讨粘性泥石流的产流机理。     

粘性泥石流的输沙浓度与运动速度

作者通过泥石流运动机理分析，并引用我国粘性泥石流流速的野外实测资料统计，得到能反映泥石流特性的粘性泥流速度公式，这一结果通过我国西南地区各粘性泥石流沟的实测资料检验，表明具有一定的实用价值。     

消能结构防治泥石流研究——以文家沟为例

阶梯-深潭系统作为一种新的消能结构在2009年用于文家沟滑坡体上新生沟谷的泥石流治理研究。阶梯-深潭系统在阶梯和水跃段耗散了水流大量的能量,使得水流中的能量减小到不足以触发泥石流,理论分析表明阶梯-深潭系统可以耗散水流三分之二的能量,即同样状况下触发泥石流的临界流量需增加三倍。阶梯-深潭系统使得水流阻力最大化,避免河床和岸坡遭受侵蚀。2009年的几次暴雨没有在文家沟引发泥石流。然而,2010年在沟内修筑了20道拦挡坝来代替阶梯-深潭系统,经过2010年8月暴雨后,20座拦挡坝全部被破坏。沟谷再次下切了50m。沟谷下切和侧蚀导致大量松散堆积物进入沟道形成泥石流,约450万m3冲出沟口,造成大量的房屋被埋以及14人死亡。比较两种防治方法可以看出,以消能为目的的阶梯-深潭系统对防治泥石流是成功的。拦挡坝在稳定的情况下可以减少边坡的垮塌,而阶梯-深潭系统还能够通过耗散水流能量稳定沟道,因此采用拦挡坝和阶梯-深潭系统相结合的方式来稳定滑坡体上的新生沟谷,并控制泥石流可能效果会更明显。     

基于Logistic回归模型的降雨型泥石流临界雨量定量分析

诱发泥石流形成的主要原因就是降雨,研究降雨影响泥石流形成的机制,对泥石流防治具有重要意义。Logistic回归模型实际上是一种降雨对泥石流发生概率的影响的定量分析方法。利用这一模型对泥石流灾害进行定量预测的关键是科学选择自变量雨量数据。有了前期有效降雨量和当日雨量,就可以利用降雨型泥石流临界雨量Logistic回归分析模型,对泥石流临界雨量进行分析,进而得到不同降雨情况下泥石流灾害的发生概率。     

泥石流龙头运动的实验研究及能量理论

本文采用多种卵石进行水流冲刷沟床沉积物发展形成两相泥石流的实验，研究了泥石流的形成和发展过程，发现了形成泥石流的临界坡降与沟床卵石粒径的关系，揭示泥石流头部隆起高度与龙头卵石粒径成正比，提出了小卵石瞬时速度高而大卵石平均速度高的碰撞分选机理。本文建立了龙头运动的能量理论和泥石流平均速度的理论公式，并成功地计算了泥石流运动的平均速度。     

偏转角度和颗粒级配对碎屑流前缘运动的影响

为了研究碎屑流的运动物性,通过室内模型试验研究了不同偏转角度和颗粒级配对碎屑流运动参数的影响。研究结果表明:在偏转作用下,相同颗粒级配的碎屑流前缘速度的减小比例和能量的消耗随偏转角度的增大而增大;持速阶段的平均速度、运动距离及减速阶段的初始速度、运动距离均随偏转角度的增大呈抛物线变化特征;偏转角θ为20°时各运动参数指标最大;相同偏转角度下,岩土体的中值粒径越小,碎屑流的前缘物质受到的阻止效应越明显,持速阶段的平均速度、运动距离越小;减速阶段的运动距离与初始速度和底部摩擦效应有关。最后,提出了偏转作用下碎屑流的能量线模型。     

水平旋转内消能泄水道的流态序列、分区特性及临界条件

本文给出竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态序列、过渡特性及临界水力条件。这种泄水道的流态可根据空腔环流内的气体压强、空腔直径和通气孔的通气量的变化规律分为淹没流流态、吸允流流态和自由流流态；空腔环流形成的水力条件为(H-h)／h大于2．5或Fr大于0．46；各流态转变过程中有明显的过渡段性质；在不同的流态分区内物理量的变化规律是不同的。     

非均质泥石流起动判别关系式

在我国西部山区每年汛期发生不同程度的泥石流灾害,认识非均质泥石流(又称黏性泥石流)的形成机理,判识泥石流的发生条件是准确预测预报泥石流的基础。本文通过48组正交的水槽实验,模拟非均质泥石流形成的动力过程,分析相关起动因子的量化关系。基于泥沙运动力学理论,将Shields数(又称希尔兹数)列为判识泥石流固体颗粒起动的重要参数,分析非均质系数(颗粒铺设方式)、水流量等水沙因子对泥石流起动的响应关系。进一步从泥沙颗粒的受力角度,以水流剪切力与颗粒起动临界剪切力的比值(即起动判别式)作为表征泥石流颗粒起动的参数(其值大于1时表示泥石流颗粒处于起动状态),分别应用Shields起动拖曳力曲线的整体拟合公式和分段拟合公式两种形式,初步建立了非均质泥石流颗粒起动判别式。通过应用蒋家沟实测资料进行验证,表明以Shields起动拖曳力曲线的整体拟合公式得出的起动判别式误差较小,可以应用于泥石流起动条件与致灾临界条件的判识,对我国泥石流防灾减灾具有重要参考价值。