固结状态下黏性泥沙起动规律试验研究

固结状态下黏性泥沙的起动规律与非黏性泥沙不同,利用封闭矩形管道试验装置开展了固结状态下黏性泥沙起动试验,分析了不同固结状态对黏性泥沙临界起动切应力的影响。试验结果表明,在不同固结状态下,黏性泥沙起动时床面会出现"不连续"和"连续"的过程,可将起动状态分为少量动和大量动两种临界起动标准;固结程度对起动切应力的影响可分为两个阶段,一是固结初期干容重变化较快,对起动切应力影响不大,二是固结后期干容重变化较慢,但对切应力影响很大;粒径越细,固结程度对起动切应力的影响程度越大,固结更不利于泥沙起动。     

不同底坡的均匀沙起动条件

在讨论了床面均匀沙颗粒起动标准、起动概率及隐暴度的基础上，采用泥沙滚动平衡模式推导了不同底坡的均匀沙起动条件，并给出了起动切应力计算式中参数的取值。经验证，由起动切应力转化为起动流速的计算结果与试验实测值较为吻合。     

黄河下游黏性泥沙的冲刷速率研究

由于黄河下游河床中黏性泥沙与非黏性泥沙的抗冲性明显不同,导致黄河下游河势畸形、河岸坍塌等现象频发。选取黄河下游花园口附近河床中3种不同颗粒级配黏性泥沙进行抗冲刷试验,建立不同淤积固结状态下黏性泥沙冲刷速率与相对剩余切应力的关系,分析黏性泥沙干密度、中值粒径对冲刷速率、冲刷系数、能量指数的影响。结果表明:对于不同颗粒级配的黏性泥沙来说,其冲刷系数随着干密度的增大而减小;能量指数随着干密度的增大而增大;能量指数与相对剩余切应力近似成2次方关系;泥沙中值粒径在6.1～804.0μm范围内时,冲刷系数随中值粒径的增大呈现出先增大后减小的趋势;能量指数随中值粒径的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。     

论黄河干支流悬移质粒径与含沙量关系

黄河干支流资料表明，河流中悬移质泥沙粗细的变化既有随着含沙量的增加而变粗的，也有随着含沙量的增加而变细的。本文分析了黄河干支流泥沙粒径与含沙量关系的不同资料，提出了较大含沙量情况下泥沙粒径与含沙量的统计关系，解析和讨论了所推导出的悬移质泥沙粒径与含沙量的关系。     

泥沙起动流速研究

从泥沙起动的特点出发，将瞬时作用流速、起动标准、泥沙颗粒在床面的相对暴露度及附加质量力等影响因素同时引入到推移质泥沙起动中，使分析泥沙起动时考虑的因素更加全面。采用经典力学与统计理论相结合的方法，得到了泥沙起动无量刚切应力公式。并对公式中的系数进行了数值计算。结果表明，该系数并非为一个常数，而是在一定的范围内，且随床面上颗粒的相对暴露度而变。同时，还得到了概括散粒体和粘性细颗粒泥沙的统一的均匀沙起动流速公式的上、下限。说明其系数也是在一个区间取值。 关键词：泥沙；临界切应力；起动流速     

非均匀沙荫暴作用及起动流速

引入表征床沙位置的泥沙切点公切线与水平面的交角为参数，依据泥沙起动研究床面表层泥沙由静止到运动的临界条件，确定了以公切角变化范围表征的泥沙起动的判别条件。建立了公切角与颗粒暴露度关系式，推导了在平均情况下，以平均粒径代替起动颗粒上游泥沙时的颗粒平均暴露度。把非均匀沙的荫暴作用与其在床面位置和起动粒径相联系，起动力臂以公切角表示，按照指数流速公式形式，根据滚动平衡条件推导、建立了与床面位置相关的非均匀沙起动流速公式。给出了平均情况下相应于不同粒径的公切角计算式。利用13组共133次实验资料对公式进行了验证，证明公式具有较高的精度。     

弯道悬沙特性试验研究

本文重点研究弯道悬沙水流的水力特征和泥沙特征变化以及弯道半径对其影响。试验表明,弯道悬沙水流水面横比降与清水相比略有差异,悬沙水流较清水时弯道水面横比降小,弯道半径越大,差异越小。水流入弯道后,水流流速、水流含沙量以及悬沙粒径均进行了重分布。弯道凹凸岸最大流速调整位置随弯道半径的减小而下移。弯道内凸岸含沙量逐渐增加,悬沙粒径也逐渐增粗,在弯道末端断面,凸岸含沙量与凹岸含沙量比值达到最大值,相应凸岸悬沙中值粒径与凹岸悬沙中值粒径比值也达到最大。弯道半径不同,泥沙在横向调整程度也不同。     

长江口徐六泾断面近底悬沙测验及影响分析

近底悬沙浓度的确定对于研究床面泥沙的起动和输移具有十分重要的意义。基于双尾翼近底悬沙采样系统,选择徐六泾断面浅滩和深槽,在洪、枯季水文监测期间同步采集了距河床50 cm和10 cm的水样。现场实测资料分析表明：(1)浅滩和深槽含沙量垂向分布规律不同,浅滩泥沙粒径较粗且越靠近河床泥沙越粗,含沙量垂向分布呈“L”形,中上层水体含沙量变化较小,越靠近河床含沙量变化越大;深槽泥沙粒径较细,含沙量垂向分布较为均匀。(2)近底悬沙对浅滩和深槽的测验成果影响程度不同,计入近底悬沙后,浅滩处平均含沙量平均增幅为7.37%,深槽处平均增幅小于1%。(3)近底悬沙对测验成果的影响程度在时间尺度上有差异,计入近底悬沙后,含沙量一般情况下是增大的,但增幅不同,枯季大于洪季,落潮大于涨潮,大潮大于小潮。     

床面粗化层粒径级配的研究

本文研究了清水冲刷条件下宽级配非均匀床沙粗化的规律性。研究中不仅考虑了水流的紊动性和泥沙非均匀性对其起动规律的影响,而且还考虑了不同粒径泥沙起动引起水流相对脉动强度的变化。通过试验,分别就单峰型和双峰型初始床沙级配,给出了粗化后床面层粒径组成的计算方法,并与已有的试验资料和计算结果进行了比较。     

流域泥沙灾害与泥沙资源性的研究

泥沙灾害与泥沙资源性是流域泥沙的重要属性,二者在一定条件下可以相互转化。本文论述了泥沙淤积、泥沙冲刷、岸滩崩塌、山地崩塌与泥石流、粗沙淤积的土地沙化等泥沙灾害,指出泥沙灾害具有时空分布的不均匀性、渐变性或突发性、群发性、转化性及危害严重性等;流域泥沙资源化的主要途径包括填海造陆及造地、引洪淤灌、堤防淤临淤背、建筑材料、湿地形成(河流、湖泊与河口海岸)等,指出流域泥沙资源化及其优化配置既要解决思想观念、基本理论、目标效益等方面的问题,还要考虑与水资源联合配置问题。     

浅谈泥沙研究的困难

经历了一个世纪的泥沙研究仍有许多重要的问题未能彻底解决。本文从泥沙研究本身的几个特点进行了初步分析,说明困难的原因,以期进一步推动问题的解决。百家争鸣,优胜劣汰,是泥沙研究取得进步的一个必由之路。     

受污染底泥陶粒化回填技术及其底泥修复效果

针对受污染底泥原位或异位修复技术存在需引入外来材料或长期占用土地和易产生二次污染等问题,提出了将疏浚底泥脱水干化及无害化处理后,烧结成陶粒并回填至原疏浚区域的受污染底泥陶粒化回填技术,并从增强床面稳定性、清晰泥水界面、改变底泥中溶解氧垂向分布和减少底泥污染物释放通量等方面,探讨了该技术修复底泥的潜力。底泥疏浚可直接去除大部分表层污染物,而陶粒制备过程中的高温烧结会降低疏浚底泥的污染程度;陶粒回填后,床面稳定性增加,相同水动力条件下颗粒不易再悬浮,底泥释放通量明显减小,床面溶解氧渗透深度增加。     

两相非均质流输沙平衡关系及挟沙力研究

对非均质流挟沙力研究现状分析表明,目前悬移质水流挟沙力公式存在的问题:一是未能正确反映水流势能转化为动能过程中必须考虑的阻力因子;二是未能正确处理泥沙颗粒的非均匀性特点;三是未能正确计算悬液黏度对颗粒沉速的影响。本文基于大量室内平衡输沙试验及野外河渠准平衡输沙观测资料,建立了非均匀沙悬移质输沙平衡关系,得到了新的适用于各级含沙量的非均匀沙悬移质挟沙力公式。进而根据建立的输沙平衡关系,得到了挟沙水流的不淤流速及阻力坡降关系,可用于河道治理及渠系设计。     

Assessment of sediment quality of a tropical lake using sediment quality standards

Sediments are often reservoirs of contaminants in aquatic waterbodies, and their quality can be an indicator of the health of their ecosystems. Heavy metal pollution in sediments is highly significant because of their persistent and bioaccumulative nature. In this regard, sediment quality guidelines (SQG) are useful for categorizing sediment quality with respect to the contaminant level in them. An attempt was made in this study to assess the sediment quality of the Akkulam‐Veli (AV) Lake system on the basis of guidelines that incorporate assessment scales that differ in their approaches. Some link threshold levels of heavy metal concentrations on the basis of their likelihood to cause adverse effects, while others classify the sediment concentration ranges that correspond to the degrees of toxicity caused by them. The sediment quality of the study area was assessed by combining the available guidelines to formulate two new approaches in this study. Based on this approach, AV Lake is highly polluted with respect to chromium (Cr), nickel (Ni) and lead (Pb), while arsenic (As) and cadmium (Cd) are non‐polluting with a negligible potential for adverse effects.     

黄河粗泥沙界限与中游多沙粗沙区区域研究

本文首先讨论了黄河粗泥沙界限的确定方法，认为以下游淤积物中占多数的观点来确定黄河粗泥沙粒径界限较好，经分析淤积物中0．025mm以上的泥沙占多数，0．05mm以上的泥沙近半数；然后讨论了中游多沙粗沙区区域界定的两种方法，认为指标法能够直观反映出多沙粗沙区的位置I最后甩0．OSmm和0．025mm两种界限分析了多沙粗沙区面积，分别为8．15万km^2和6．99万km^2．两者位置和面积比较接近，但在治理方略上有一定差异．前者强调治沟治基岩，后者强调沟坡兼治。     

上游来水来沙变化及对重庆河段泥沙淤积的影响

三峡水库按175 m方案正常蓄水运行后,处于回水变动区的重庆河段将具有水库和天然河道的双重特性,随着水库运行时间的增长,该河段将呈现累积性泥沙淤积趋势.根据长江寸滩站和嘉陵江北碚站长系列水文观测资料分析,近年来三峡入库泥沙明显减少,而随着金沙江和嘉陵江上游梯级开发的逐步实施,上游大型水库拦沙效益将逐步显现,重庆河段的来沙量将进一步减少,可有效减缓重庆河段泥沙淤积速率,减少淤积总量和边滩淤积,增加三峡水库的兴利库容利用率,有利于重庆河段岸线及水资源综合利用.     

用测点含沙量推求断面平均含沙量的方法探讨

在悬移质输沙率的测验中,除全断面混合法外,都需要同步施测流速和流量,这样不仅给悬移质输沙率的施测带来很大的难度,而且还大大地增加了水文测验的运行成本.结合水文测验的效益,在新仪器的应用下,悬移质输沙率的施测方法需要改进.针对垂线平均含沙量计算时,需要测点位置的流速;断面平均含沙量计算时,需要推求部分流量,采用原理分析与相关关系法,对测点位置的流速进行了分析计算,得流速权重系数,并用部分面积与部分流量的关系,解决了部分流量的权重系数.即:解决了悬移质输沙率测验时,同时施测流速和流量的麻烦,利用测点含沙量直接推求断面平均含沙量,进而计算出输沙率.经实测资料检验,计算误差均符合<河流悬移质泥沙测验规范>的精度要求.     

泥沙粒径对其均匀系数分布影响的试验研究

在挟沙水流中,泥沙颗粒的运动是随机的。对于不同的点,泥沙组成是不一样的,即泥沙颗粒组成具有不同均匀程度,它的非均匀系数φ沿垂向存在一定规律性。通过水槽试验,分别对3种粒径泥沙颗粒探求泥沙组成的非均匀系数沿水深方向的规律。试验表明：对于粗颗粒试验泥沙,其非均匀系数随水深的增加而增大;中、细颗粒试验泥沙,非均匀系数随水深的增加而减小,但二者的减小梯度存在差异。     

金沟河引水渠三级排沙系统泥沙处理效果分析

新疆金沟河泥沙含量大,由于排沙不力,由泥沙危害造成的水量供需矛盾日益突出。为此，采用三级排沙系统（大闸—排沙涡管—排沙漏斗）取代了以前的“全引全排”定期间歇性引水排沙模式。经排沙测验，采用该系统，既可有效排沙,又可发挥引水工程的最大效益,提高水资源利用率,解决水资源短缺矛盾,给灌区带来巨大的经济和社会效益。因此，其应用前景十分广阔。