带坡道转换的沉积浊流的实验研究

为探究带坡道转换的浊流沉积特性,采用带3°坡道转换的长15 m的水下重力流实验水槽,以连续入流型浊流为对象,进行4 L/s相同入流量、不同入流体积分数的5次浊流沉积实验。结果表明:入流体积分数为0.006时,除入口0.2～0.6 m范围外,下游未出现明显沉积物波;入流体积分数为0.02时,浊流在整个斜坡上形成沉积物波并随水流方向往下游缓慢迁移。沉积物波的迎流面平缓而背流面较陡;波峰的平均粒径沿流向减小,同一沉积物波上波峰的颗粒物粒径大于两边波谷,较长的迎流面的波谷颗粒物平均粒径大于较短的背流面波谷颗粒物平均粒径。     

坡度对浊流流动及沉积影响的三维数值模拟

采用自行开发的首款具有智能网格生成功能的Simusoft软件生成水下直梯形及弯曲梯形渠道三维模型网格,模拟分析坡度对渠道浊流流速、浊流密度、沉积厚度及沉积物粒径分布的影响。结果表明：随坡度增加直梯形和弯曲梯形渠道内的浊流流速均呈非线性变化,垂向断面流速极大值更趋于底床;直梯形渠道内坡折处浊流密度最大,随坡度增大浊流头部密度衰减较快;弯曲梯形渠道内随坡度增大浊流密度增加,且浊流的外溢逐渐增强;多次浊流事件在低坡折渠道中的沉积量由上游往下游逐渐减少,高坡折渠道则为上游侵蚀增强而坡折后的沉积增加。本文研究对根据观测浊积岩特征,推断浊积岩形成环境,进而确定相关的浊流机制以及可能的油藏规模等有一定的参考。     

海底大弯曲渠道中浊流的三维数值模拟

因和海洋油气资源的密切关系,对浊流在海底弯曲渠道中的流动及沉积的研究一直为研究热点之一。本研究采用内插法产生正交性高的网格和基于雷诺平均的Navier-Stokes方程及浮力项修正的湍流k-ε模型对高弯曲度梯形渠道内及漫滩的浊流进行了三维数值模拟,得到大弯曲度渠道中浊流流动、沉积及二次流的如下特征:周围流体的夹带作用强,弯道顶点断面处的密度等值面的倾斜度随着弯曲度的增加而增加;浊流多次流动后内岸处有较多侵蚀,渠道内沉积呈现由内岸向外岸的波状倾斜;从紧贴弯曲渠道边缘的纵剖面上观察的沉积比低弯曲度的更加波状起伏;从切过渠道内部及堤坝的纵剖面上观察的沉积比低弯曲度渠道更呈明显的由上游向下游方向倾斜及厚度减低的特征;渠道底部的外岸处存在受较大压缩的类似河流的二次流。     

桂林南边村早石炭世碳酸盐重力流沉积物

早石炭世,桂林及其附近地区存在一组NE-NNE向的同沉积基底断裂。在断裂下降一侧,沉陷为海水水体较深的台沟,沉积有硅质岩、黑色页岩或炭质页岩组合类型;而在断裂相对上升一侧,则形成覆水较浅的碳酸盐台地,沉积有石灰岩和白云岩组合类型。在台地与台沟交接部位形成台地前缘斜坡相带。桂林南边村一带处于台地与台沟过渡地带的台地前缘斜坡相带,该区碳酸盐重力流沉积比较发育。按照碳酸盐重力流沉积物的沉积构造和岩石结构所反映的沉积物流动支撑机制,可以将本区的碳酸盐重力流划分为碳酸盐浊流沉积、碳酸盐颗粒流沉积和碳酸盐碎屑流沉积三种类型。     

温度分层水库中间层流运动影响因素分析

针对分层水库中存在的间层流运动现象,采用水槽试验对稳定温度分层水库的间层流运动进行了模拟,研究了入流条件和分层环境对间层流分离点位置的影响。试验中取分离点的水深和侵入分层水体间层流的厚度来表征密度流运动,分析了入流条件和分层条件的变化对间层流运动的影响;采用入流的初始浮力通量来代表试验中的入流条件,环境水体的浮力频率来代表分层条件。试验结果表明,分离深度和厚度随着浮力通量的增加而变大,随分层强度的变大而减小。研究结果能够帮助进一步了解温度分层环境中的污染物的运动,并为温度分层水库中的水质监测和水生环境管理提供参考。     

沉积物粒径对磷营养盐释放的影响试验

为探究环境因子对湖泊沉积物营养盐释放的影响规律,以雁鸣湖为研究对象,通过室内试验探讨了5种粒径(0.08、 0.15、 0.30、 0.425和1.00 mm)沉积物对磷营养盐释放的影响。结果表明,5种形态磷含量变化均随沉积物粒径的增大而增多;不同沉积物粒径条件下,同一种形态磷含量达到释放平稳所需的时间相同;而各形态磷之间呈现不同的释放规律,达到释放平稳所需的时间也不同;曲线拟合得出总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性活性磷(SRP)和颗粒态磷(PP)含量与沉积物粒径的最优拟合函数均为对数函数,溶解性有机磷(DOP)含量与沉积物粒径的最优拟合函数为线性函数。     

新疆恰尔隆一带二叠纪沉积特征与古环境演化初探

依据实测剖面与地质填图资料,认为二叠纪地层为一套比较典型的复理石陆源碎屑岩夹碳酸盐岩建造。恰尔隆一带主要为浊积岩沉积盆地,盆地沉积为陆相、滨海-浅海相及深海相等3种沉积相。二叠纪古环境演化过程可分为早期三角洲-滨海-浅海浊流沉积盆地、中期滨海-浅海台地浊流沉积盆地和晚期斜坡浊流盆地三个阶段。二叠纪沉积盆地是在近岸浊流碎屑占优势的情况下进行的,来自石炭纪地层的灰岩块体的混杂堆积的出现在层位上由南往北逐渐抬高,巨大岩块的分布也具有由南往北逐渐变小和变少的趋势,表明在石炭纪和二叠纪之间有一次地壳运动的重大地质事件发生,其间应该有一次被后期改造破坏了的事件界面存在。     

倾斜下降管内油气水三相流流型鉴别研究

以空气、水、46#机油为介质，进行了倾斜下降管内油气水三相流流型鉴别的实验研究。实验结果发现，利用压差的时域信号和信号的功率谱密度函数（PSD），可以客观的判别流型。由波状分层流的功率谱密度函数可以推断波状分层流是间歇流的一种表现形式。     

雅鲁藏布江高能洪水沉积特征及地貌效应

青藏高原东南缘雅鲁藏布江流域的气候、水文、构造与地形条件具有发育超大冰川或滑坡堰塞湖及高能洪水的潜力。对高能洪水沉积特征的研究进展进行简要回顾,以青藏高原雅鲁藏布江流域广泛分布的高能洪水地貌和沉积证据为主要研究对象,探讨了该流域高能洪水沉积物的主要沉积特征及其形成原因,最后对该流域高能洪水的地貌效应进行了简要分析。结果表明:雅鲁藏布江流域高能洪水形成的巨型边滩以涡流型边滩居多,其次为点状边滩和吊坠型边滩,未见牵引型边滩; 就沉积特征而言,该流域高能洪水巨型边滩的内部沉积以水平叠层为主,波纹及交错层理层、粉砂层、斜坡沉积和粗砾平行层理层亦见分布; 高能洪水等极端地表过程在青藏高原及雅鲁藏布江的泥沙输移及地貌演变中发挥着关键作用。     

珠江口盆地陆坡类型及其对深水储层的控制

为了寻找陆架边缘三角洲和深水扇之间的对应关系,利用三维地震资料解释、沿层属性提取和钻测井信息,探讨珠江口盆地白云凹陷晚渐新世(23.8 Ma)、早中新世(21 Ma)和中中新世(13.8Ma)的陆坡类型和演化.根据陆坡发育侵蚀水道的规模将其分为侵蚀型、侵蚀-加积型和加积型3类.研究结果表明:侵蚀型陆坡(21Ma)发育大规模的下切峡谷,平面上呈顺直-蛇曲型,剖面上为U型或V型的强振幅反射.峡谷内部充填富砂质的碎屑流或浊流沉积,天然堤不发育;峡谷末端发育大型深水扇朵体.侵蚀-加积型陆坡(23.8Ma)发育规模明显小于峡谷的冲沟,与冲沟相连的盆底扇规模减小.加积型陆坡(13.8 Ma)难以识别侵蚀水道.陆坡以粉砂岩和泥岩的披覆沉积为主,低密度浊流或异重流为主要的搬运机制,沉积物在非限制性环境下大多沉积在中—上陆坡区,难以搬运至深水盆地.强烈的构造活动和近物源易于诱发陆坡沉积物的垮塌,是侵蚀型陆坡形成的主要原因.稳定的构造沉降、欠补偿或补偿环境、远离主河口、弱的水动力条件以及海平面持续下降但不低于陆架坡折是加积型陆坡的成因.仅依靠陆架边缘三角洲的发育尚不能对深水储层是否大规模发育做出判断,而伴随海平面持续下降形成的陆坡侵蚀峡谷是深水储层发育的重要保障.     

断面曲率半径对海底浊流的影响

基于雷诺平均的纳维尔-斯托克斯模型,三维数值模拟研究海底浊流在断面顶宽相同、但曲率半径不同的2个圆弧形弯曲渠道内的流动及沉积。结果表明:断面曲率半径大、边坡平缓渠道内的浊流更易在弯道顶点及其下游处发生溢流,而断面曲率半径小、边坡较陡的渠道浊流更易对边坡形成侵蚀,使浊流在渠道内流至下游时依然保持较高的流速及强度;经多次浊流事件的侵蚀及沉积,圆弧形的渠道渐渐向不对称的梯形转换;提高流向坡度会改变弯道顶点中心处二次流的方向。     

分层环境中异重流运动问题的直接数值模拟

为了研究线性分层环境下的开闸式异重流运动过程的问题,采用改进的高精度直接数值模拟（DNS）模型,在正交坐标系下,以DNS为基本求解器,实现物质运输方程和Navier-Stokes方程同步求解.采用距离函数平滑初始状态的不连续运输方程,利用具有六阶精度的迎风紧致差分格式（UCCD）改进原模型,更准确地求解物质输运方程.通过求解一维对流方程和入侵重力流的模拟结果验证了模型的可靠性.开展泥沙异重流与线性分层环境掺混过程的研究,并获得了高精度数值结果,可以更好地捕捉中间入侵的异重流产生的内波效果.结果表明：该模型不仅可以准确模拟入侵异重流卷吸分层环境水体的过程,还可以准确模拟头部运动位置、异重流卷吸沉降以及能量转换等问题.     

小浪底水库异重流持续运动条件的定量准则

异重流排沙是小浪底水库拦沙初期减少库区泥沙淤积的重要运用方式,异重流持续运动条件用于判断在不同水沙条件及库区地形条件下异重流能否运行到坝前而排出水库,是异重流排沙规律的主要研究内容之一.系统地总结了定性描述异重流持续运动条件的五方面内容,然后分析了现有异重流持续运动条件定量估计方法的不足.结合近年来小浪底水库异重流运行的观测资料,提出了用水流功率与库区平均水深定量表示异重流持续运动的临界条件,这种方法不仅考虑因素较为全面,而且能够充分反映库区地形特征对异重流持续运动的影响.     

水沙两相流ASM模型在浑水异重流计算中的应用及模型试验研究

挟沙水流与清水相遇时,由于前者的密度比后者大,在条件合适的时候,挟沙水流就会潜入清水底部继续向前流动,形成浑水异重流,是泥沙运动的一种特殊形式。本文基于水沙两相流理论,将含沙浑水作为一相均匀流体处理,引入相间滑移速度的概念,建立混合相连续方程、动量方程、第二相的体积分数方程和相间相对速度方程的ASM（Algebraic Slip Mixture）两相流模型,并耦合求解水动力学计算的标准k-ε方程组。本文还介绍了针对异重流研究设计的多相流试验水槽及模型试验方法,对ASM模型计算的结果进行试验验证并分析模型适用条件。结果表明：该模型可以对异重流潜入,前锋形态及推进速度进行有效模拟;对Re数大于2000及含沙量高于1kg/m3的异重流条件可以进行较精确的模拟。研究为深入了解水库、湖泊及河流入海口水沙异重流问题提供了新的途径。     

两步计算模式下的三门峡水库异重流模拟

摘 要：针对传统的水深平均异重流模型在实际应用中获取上游边界条件的困难,提出了两步计算模式下的水库明流与异重流耦合模型。浑水明流段与异重流段交替运算,利用潜入点弗汝德数与体积比含沙量的关系作为判别条件确定异重流段的上游边界位置与相应水沙条件,在设置下游边界条件时使用极限吸出高度公式计算异重流出流流量。采用该模型计算了三门峡水库两次异重流的形成、发展与消退全过程。模型预测的异重流潜入位置与观测结果一致,对库区内三个监测断面的异重流到达时间做出了较为准确的预测。计算的清浑水层交界面高程和含沙量过程与实测结果相符,模拟结果反映出浑水水库发生时异重流排沙效率降低的现象。因此该模型可用于水库异重流过程模拟和排沙方案设计。     

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.     

金沙江下游溪洛渡与向家坝水库浑水异重流研究

金沙江 是长江的主要产沙区,其泥沙主要产生在下游雅砻江汇口至屏山区间。溪洛渡与向家坝水库是金沙江下游重要的巨型水库,水库蓄水后可能形成异重流。为通过调度手段利用异重流排沙,有必要对两水库的异重流运动规律进行研究。本文采用水沙两相流ASM模型,对两水库不同调度方式下的异重流产生条件进行模拟和预测,探讨了异重流前锋运动规律。研究表明：溪洛渡与向家坝水库在正常蓄水位发电运行条件下均难以形成稳定运动的异重流,而在汛期运行时,一定的流量范围内,当入库浑水含沙量突增1.0kg/m3以上时,会形成异重流,异重流的前锋运动速度与含沙量线性相关,与河床比降无明显关联,该结论对异重流调度的决策有一定的支持作用。     

基于组分输运模型和RNG k-ε模型的浑水异重流数学模型研究及其应用--研究生论坛稿件

基于组分质量守恒理论,将浑水异重流的运动过程看成是含沙浑水中的泥沙这一组分在水体中的传输过程,建立组分方程,与考虑了平均流动中的旋流流动情况的RNGk-ε方程组进行耦合求解,利用目前广泛使用的商用FLUENT软件进行数学模型计算,并采用室内模型试验进行论证。结果表明:该数学模型可以有效模拟浑水异重流的潜入和前锋运动过程,为深入研究水库、湖泊及河流入海口浑水异重流问题提供了新的途径。借助此模型模拟了水库内汛期浑水异重流运动情况。     

三峡水库香溪河库湾特殊水温分层对水华的影响

三峡水库蓄水后,香溪河库湾暴发了多次藻类水华.通过分析香溪河库湾2008年全年水温分层及水华暴发的空间特性,研究了水体分层特性与水华空间分布的关系.结果表明:三峡水库库首江段在3至4月份出现了水温弱分层现象,垂向温差在1～2℃,基本不暴发藻类水华;香溪河库湾中下游水体因受长江倒灌异重流的影响,呈"阶梯"型分层模式,上游水体因受低温来流底部异重流影响,呈"半U"型分层模式;香溪河库湾水体主要进行"水平"而非"垂直"能量交换,呈现下游深水区水温分层较弱、上游浅水区分层反而较强的特殊空间分布特点;受库湾水温分层结构的影响,香溪河库湾下游近河口段水域水华暴发强度低,上游水域水华暴发强度高;水华暴发率和水体稳定率能够分别反映香溪河库湾水华暴发程度和水体稳定程度特性,二者相关性显著.结合临界层理论能够很好地解释三峡水库干支流水华暴发过程.     

闸门释放重力流的大涡模拟研究

采用大涡模拟(LES)数值计算有环境流体密度分层的闸门释放重力流,并分别与Sutherland等的实验结果及RANS的模拟结果进行对比分析。结果表明,采用标准Smagorinksy亚格子模型的LES和RANS在模拟重力的行进速度方面与实验接近,LES能更好地模拟实验所观察到的重力流头部和环境流体界面处的Kelvin-Helmholtz滚动结构,但LES模拟的2个方向相反的重力流之间的密度分层交界面处的波动比实验结果偏大。为此,进行了2种改进亚格子模型系数的大涡模拟,当Smagorinksy常数Cs取0.10时,交界面的波动有减小的趋势;采用近壁阻尼函数修正Cs系数时,将密度分层界面作为1个假想的固壁边界来处理,模拟效果较好。采用改进的亚格子模型的LES比RANS更适用于重力流的机理研究。