明渠水流交汇区流动特征试验研究

天然河流中存在着大量的主支交汇河流,在干支流交汇处,水流结构变得十分复杂。通过水槽试验,应用声速多普勒测速仪（ADV）,观测了入汇角为30°时,支流斜接主流入汇型河道的三维水流结构。试验表明：入汇上游受支流顶托影响,产生一定的壅水,出现低速区,而对侧由于束水作用产生高速区。在入汇一侧下游较短的距离,产生回流现象,并形成分离区,而在下游一定范围内,靠支流入汇侧出现水流高速区,并形成二次流结构。交汇区水流流动主要有水流分离区、高流速带、低流速带及剪切面等。     

川江卵石推移质输移的随机性

推移质运动及输沙率是河流动力学的基本问题之一。通过对川江河道实测卵石运动速度及输沙率的整理分析，可知卵石为运动距离短，停歇时间长，平均运动速度低，运动具有很强的随机性及不连续性。对卵石推移质输沙量的年际及年内的变化规律分析表明，卵石推移质输沙率的变差大，统计分布分散，也具有很强的随机性特征。河床断面形态及其相邻河道特性对输沙率也有较大的影响。     

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.     

漓江壅水工程推移质输沙率研究

采用力学分析和随机理论相结合的方法建立推移质输沙率计算模式 ,并通过水槽试验补充研究 .经计算漓江 30年推移质输沙量 ,其结果是合理的     

基于雅鲁藏布江辫状河流的洪峰流量输沙变异数值模拟

该研究根据雅江中游辫状河流平面形态建立输沙地形,构建了可用于辫状河流输沙模拟的数学模型。数值计算采用二维水动力学和非粘性泥沙耦合模型对辫状河流中泥沙输运规律进行模拟研究,模型基于不可压缩雷诺平均N-S方程,模型中包括连续方程、动量方程、河床面变形方程、全沙输沙方程。该数学模型通过全沙输移理论计算悬移质和推移质输沙率。当模拟洪峰流量时,辫状河流出口含沙过程和悬移质输沙过程峰值滞后于入流过程,形成相位差,泥沙粒径越小,相位差越小,0.01mm和0.02mm泥沙相位差接近0,出口悬移质输沙率产生的相位差小于含沙量;0.3mm、0.2mm和0.1mm泥沙在辫状河流中淤积的淤积量超过50%。在计算泥沙输移的同时,考虑泥沙的启动、沉降淤积作用导致的地形更新,进而求解挟沙水流在辫状河流当中运动时对地形变化的影响,为天然辫状河流的研究预测建立一定的数值模拟基础。     

龙川江年输沙率时间序列的小波特征

基于龙川江出口水文控制站小黄瓜园站的长时间序列水文资料,利用小波变换研究了龙川江流域降水量和输沙率时间序列的多时间尺度变化特征和突变特征.研究表明:小黄瓜园站年降水量时间序列具有2a和4a的准主周期;年输沙率时间序列具有2、4、9.5a左右的准主周期;龙川江输沙率年内分配很不均匀,6～10月输沙量占全年输沙量的96.7%,尤其是7、8两个月输沙量占全年输沙量的55.7%;输沙率年内变化和年际变化的高频振荡主要是由降水量变化所致;龙川江泥沙主要来源于中下游地区(占全流域输沙量的94.2%);小黄瓜园站对屏山站泥沙贡献率为1.69%.     

都江堰卵石推移质输沙率问题

我国西南地区河流,大多坡陡流急,水位流量变幅大,卵石推移质丰富,河床多为不均匀的砂卵石组成,且卵石颗粒粒径特大,如岷江都江堰河段最大粒径达510毫米,粒径级配组成极不均匀,最大粒径与最小粒径相差几千倍。以往国内外研究成果基本上未充分反映西南河流的这些特点。因此在研究改建都江堰水利枢纽时,曾用国内外各家输沙率公式计算都江堰河段卵石推移质年输沙量,在232万吨到495万吨之间,出入很大,且与都江堰原型观测情况不符,难予采用。为了探求适合于岷江特点的卵石推移质输沙率计算方法,我们研究了岷     

浐河水沙变化特性及橡胶坝库区水面线研究

在自然因素和人为因素的综合作用下,浐河流域的来水、来沙特性发生了一定的变化。通过分析浐河流域1960—2012年共53 a的水沙资料,掌握了浐河流域的水沙特征及水沙关系。结果表明:浐河流域多年径流量和输沙量年际分配极不均匀,水沙系列总体下降趋势明显。流域径流量与输沙量呈正相关关系,径流输沙主要集中在每年7月。人类活动通过改变流域下垫面情况,作用于水沙关系,使得水沙双累积曲线在1979年和2003年发生了改变。此外,选择橡胶坝的两种典型工况,得出立坝时的水面线较塌坝时的水面线平稳,塌坝时的水流发生了水跃现象。     

水库泄流变化下河床粗化破坏特征试验研究

本文通过水槽试验研究了水库泄流变化对山区河流河床粗化过程的影响。研究开展了流量交替变化和流量逐级增大两种条件下的清水冲刷河床粗化试验。在不同来流条件下,测量了试验过程中的推移质输沙率和水槽断面水深以及每阶段试验结束后的河床地形。基于衰减函数,模拟清水冲刷河床初始粗化过程的推移质输沙率。分析粗化层形成后的推移质输沙率随流量和冲刷时间的变化趋势,结合各水流条件下的床面切应力,探讨河床的冲刷粗化特点和粗化层破坏临界条件。试验结果发现,河床首次粗化对应的推移质输沙率变化过程可采用衰减函数模拟,模型可较准确地模拟推移质输沙率随时间的变化过程。对于流量交替变化阶段,每阶段出现的第一次极值流量是河床表层粗化、失稳破坏的主要驱动因子,极值流量产生的推移质输沙率总是大于小流量或第二次极值流量产生的推移质输沙率。河床表层粗化或冲刷由各阶段极值流量与河床初始粗化流量共同决定,极值流量相对河床初始粗化流量越大,河床表层冲刷粗化程度越大。对于流量逐级增大过程,当前流量下床面切应力τ与河床粗化层形成时的床面切应力τ0决定河床粗化表层变化规律。当τ < τ0,河床表层无明显变化;当τ ≥ 1.1τ0,河床粗化层开始变得不稳定,推移质输沙率陡增。     

山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验

山区河流山洪过程常挟带大量泥沙,并引发河床剧烈变形,尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段的洪水淹没风险,深入研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用二维水沙动力学数值试验探究了上游来沙变化条件下宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明：当上游来沙充足时,洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷,河床在泥沙输移过程中整体上抬;而当上游没有来沙时,河床整体呈现下切趋势。究其原因,主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬,而河床淤抬导致上游水位陡涨增加水面比降,床面切应力变大,从而提高河道输沙率,而宽窄河段床面起伏则增大床面形态阻力,促使上游水位上涨;泥沙来量较少时,河床冲刷为主,水位下降、水面比降趋于变缓。     

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。     

Theoretical Study on the Confluence of Debris Flow and the Main River

Because of the high momentum of debris flow,when it confluences with the Main River,the water level in the upstream of the conjunction point will increase and a portion of sediment will deposit in the con- junction area.The discharge of downstream will be less then the summation discharge of main river and side channel,and the density of downstream will be difference from both the density of the fluid of main river and tributary.Based on momentum theory,and with the transport coefficient and deposit coefficient,the water ris- ing and sediment depositition characteristic within the conjunction area are studied.An equation that expressed by Froude number is deduced,which can reflect the hydraulic relation and confluence characteristic in the confluence area after the confluence of main river and side channel.The equation is verified with experiment data.The result shows that,if the parameters are used correctly,the calculation value is coincide with the one get from experiment.     

嘉陵江与长江交汇水流顶托效应特性研究

干支河流交汇是河流水系发育与演化的重要形式,在河流交汇区常发生水流顶托现象。水流顶托显著影响着干支流交汇区水位、水面比降及床面切应力特性,从而制约着交汇区水沙运动特性及河床演变过程。本文以嘉陵江与长江交汇区为例,基于实测资料与不同组合干支来流的数值模拟结果,突出分析了不同干支来流条件下典型区域水位、水面比降及床面切应力变化特性,结果表明嘉陵江对长江的顶托作用随汇流比的增大而增大,长江上游水面比降随汇流比增大而减小,床面切应力随汇流比增大而减小。     

洪水演进中支流倒回灌研究

在处理洪水演进过程中支流与干流洪水的相互影响时,以前的模型仅将支流流量迭加到干流同时刻的流量上,事实上,支流对干流洪水有调蓄作用,对陡涨陡落的溃坝洪水而言,这是不可忽视的重要因素。依据水量平衡原理及水流连续性条件,建立了支流蓄泄库容关系和支流倒回灌数学模型,将该模型应用于历史上某次垮山堵江溃决洪水,得到的计算结果与实测资料和洪痕数据相吻合。研究结果表明在干支流交汇口,干流流量变化速率越大,支流倒灌     

交汇水流分离区特征研究

交汇水流在天然河流中大量存在,分离区水流特性对泥沙输移和污染物扩散的影响极为显著.当前的研究一般是以流体力学理论为基础,从流线概念定义分离区,且仅分析分离区的二维特性,从工程应用和物理本质的角度,该方法尚不完善.本研究以较为详实的水槽实验资料为基础,提出了基于主流向流速的等值线法定义分离区,并采用流线法和等值线法对实验资料进行比较,发现水流分离区几何尺度随着水深及流量比的变化而变化,而这种变化取决于交汇区域内二次流对流速分布的影响,由此认为等值线法比常用的流线法具有更好的应用意义.     

深溪沟与白沙河交汇区水流运动3维数值模拟

河流交汇区干支来流的混掺作用,致使该区域水流结构呈现显著的三维特征。基于都江堰深溪沟与白沙河交汇河段的物理模型资料,利用三维数值模拟技术,探讨了深溪沟与白沙河交汇区的水流结构特性。结果表明：干流汇口处断面的水面线在入汇右侧出现突变,下游附近水面线呈现左岸高于右岸的趋势;支流流量越大,交汇区下游断面的流速就越大,水位就越低;无论支流是否来流,在交汇区入汇下游右岸附近都会形成不同范围的水流分离区,各流量组合条件的分离区顶端形状变化明显,且分离区的几何尺寸参数随水位高程的降低而减小。     

山区河流植被洲滩河段水沙运动特性试验研究

山区河流受水沙条件和河流形态影响,植被洲滩发育丰富,显著改变局部河段的水沙运动及其演变特征。基于室内洲滩模型自然生长植被的水沙试验,探讨了植被与泥沙补给对洲滩河段水流结构及冲淤变形的影响。试验结果表明：植被茎叶加大对水流扰动,减缓水流流速,上游补给泥沙在植被周围形成小型沙丘,以波状输移为主;大量来沙条件下,泥沙多落淤洲头及洲尾,促使洲滩的快速发育;淹没植被枯萎,茎叶凋落,加剧洲头及洲滩两侧坡脚冲刷;植被与上游来沙显著影响洲滩汊道分流特性,加沙和植被茎叶部分促使左汊分流比降低。因此,山区河流植被与上游泥沙补给调整洲滩汊道过流能力及发育过程,对植被洲滩河段的水沙运动产生较大影响。     

分汊河道水沙输移特征试验

根据分流河道的水沙特性,对现有的水沙输移计算模式进行了分类,总结了分汊河道分流分沙计算模式在国内外研究发展的现状,并进行了简要的分析评论,继而通过水槽试验对分汊河道整体水流结构和底沙输移演化特征进行了初步的探讨.试验结果表明:在汊道洲头和洲尾的局部范围内流速减小较明显,洲尾处出现水流分离区且左右两侧为高流速区;主、支汊流量的分配决定底沙输移强度,最大冲刷深度在主汊分流口下游.     

山区河流浅水条件下漂石对河床响应与泥沙补给影响的试验研究

受暴雨洪水与滑坡、泥石流灾害的影响,山区河流床沙多为宽级配卵砾石泥沙,甚至出现较多的漂石,从而影响近底水流结构与推移质输移特性。基于野外漂石河流的调查,通过概化试验,探讨了漂石颗粒对河床冲淤的影响;对比分析了不同水沙条件下漂石对推移质输沙率过程的影响;根据床面粗化程度与漂石状态相异的两种类型对比试验,探讨了漂石对不同水沙条件下推移质输沙率的影响程度。初步表明：随着漂石颗粒相对暴露度（D/h,漂石等效粒径与平均水深之比）的减少,漂石对其尾部区域水流的混掺越加突出,从而对河床的冲刷能力变大;根据本试验采用的水沙参数,漂石对推移质输沙率的扩大效应为几倍至十几倍。