减速流条件下床面泥沙起动试验研究

减速流在工程上称为壅水,为非均匀流的一种流态形式。减速流下的床面泥沙起动研究成果,在水利工程中有着重要的应用价值。通过该条件下的河道开展概化水槽试验,结合天然实测资料以及4家经典的起动流速公式对比分析,结果表明4家经典公式均较适用于水槽试验中的减速流条件,只是在起动粒径的选择上略有差异。根据水槽试验的成果得出选取取样标准为床面泥沙起动标准具有较好的精确性,选取d₉₅作为起动的代表粒径;并验证了减速流条件下泥沙起动大体满足希尔兹曲线;通过功率起动公式的验证,得到无量纲起动功率为0.019 1,可以将其作为床面泥沙起动的标准。     

分汊河段床面切应力的试验研究

本文采取概化模型试验以研究分汊河段的床面切应力,获得了床面切应力的平面分布、纵向分布,分析了汊道阻力的特点,同时探讨了床面切应力的计算方法.     

斜坡泥沙的起动概率及起动切应力

在概率论与数理统计知识的基础上,引入附加质量力,采用滑动起动模型得到了正负坡上泥沙起动概率的计算公式,并将起动概率引入到泥沙起动的研究中,进而推导出了起动标准为中动时的无量纲起动切应力公式。实测资料验证表明,该公式计算结果与实测值符合较好,计算精度较高,能够应用于天然河流斜坡泥沙起动流速及切应力的计算。     

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     

泥沙起动标准和起动参数的关系研究

采用滚动起动模式,基于颗粒位置随机性和水流脉动特性,提出全概率泥沙起动的计算方法,推导出一个基于全概率理论的起动流速公式。实测资料验证表明,公式的适用性较好。在此基础上,建立了同一起动状态下,起动颗粒数、起动流速、起动切应力、输沙率与起动概率等起动参数之间的对应关系。     

再论泥沙起动流速

本文是作者40年来研究泥沙起动公式的小结。文中对颗粒间的粘结力、水的下压力和阻力等有关参数进行了修改。通过瞬时作用流速，明确了三种起动状态间的关系，消除了起动切应力和起动流速间的不协调。对导得的起动切应力公式和起动流速公式进行了较为全面的验证，说明公式较好地反映了粗、细颗粒泥沙和轻质沙的起动规律，为研究工程泥沙问题提供了实用公式。     

再论泥沙起动流速

本文是作者４０年来研究泥沙起动公式的小结。文中对颗粒间的粘结力，水的下压力和阻力等有关参数进行了修改。通过瞬时作用流速，明确了三种起动状态间的关系，消除了起动切应力和起动流速间的不协调。对导得的起动切应力公式和起动流速公式进行了较为全面的验证，说明公式较好地反映了粗，细颗粒泥沙和轻质沙的起动规律，为研究工程泥沙问题提供了实用公式。     

均匀无黏性单颗粒泥沙起动切应力的探讨

为了进一步揭示泥沙起动切应力的变化规律,引出隐蔽角的概念。结合前人提出的暴露角概念,考虑了泥沙颗粒与其上、下游支撑颗粒的相对位置对泥沙颗粒起动的影响,推导出新的泥沙起动无因次起动切应力公式;得出了无因次临界起动切应力随泥沙颗粒位置及起动标准的变化关系,重新确定了泥沙颗粒起动最难和最易时的位置关系,计算出了单颗粒泥沙在弱动、中动及普动标准下的起动切应力变化范围分别为1. 16×10^-4～0. 039 4、1. 69×10^-4～0. 057 8及2. 58×10^-4～0. 088 1。与其他学者的研究成果相比,得到的成果涵盖了大部分学者的取值范围。     

比尺模型上床面切应力研究及应用

用比尺模型研究了湘江洪道刘家坝弯曲型河段的床面切应力，得出了整治工程前后床面切应力的平面分布和阻力沿程的变化，根据试验结果，从河流阻力角度对刘家坝滩整治工程进行了评论。     

水流流速与泥沙起动概率关系研究

通过对泥沙颗粒在水流中的受力情况的分析,推导出泥沙处于临界起动状态时的近底水流流速。运用概率论的思想,建立其与泥沙起动概率的关系,并根据指数垂线平均流速公式将近底流速转变为容易测量的垂线平均流速,使得泥沙的起动概率可直接通过测量水流速度来确定,为泥沙起动的概率研究提供了一个很好的工具。     

明渠挟沙水流中悬移质的床面平衡浓度

本文通过泥沙颗粒运动的概率密度输运方程,推导出床面附近运动的泥沙颗粒的概率密度函数及相应的泥沙颗粒向上运动和向下运动的通量,建立了计算明渠挟沙水流悬移质床面平衡浓度的关系式。通过与试验资料及经验公式的比较对本文建立的关系式进行了检验,结果表明本文所得计算公式与实际符合较好,可用于悬沙床面平衡浓度的计算。     

Shear velocity criterion for incipient motion of sediment

The prediction of incipient motion has had great importance to the theory of sediment transport. The most commonly used methods are based on the concept of critical shear stress and employ an approach similar, or identical, to the Shields diagram. An alternative method that uses the movability number, defined as the ratio of the shear velocity to the particle＇s settling velocity, was employed in this study. A large amount of experimental data were used to develop an empirical incipient motion criterion based on the movability number. It is shown that this approach can provide a simple and accurate method of computing the threshold condition for sediment motion.     

基于三维泥沙颗粒相对隐蔽度的底坡上散体沙起动初步研究

以三维泥沙颗粒相对隐蔽度为基础,推导了以颗粒隐蔽度和床面坡度为参数的散体沙起动流速公式,证明了宽级配散体非均匀沙的起动特性,论证了一系列诸如“完全隐蔽”、“极限跳跃”、“临界暴露”等概念的物理意义,分析了紊流粗糙区Shields带状曲线的成因,最后建立了底坡上散体均匀沙起动条件不同起动标准下对应的数值关系,并进行了讨论.     

黄河河口海岸近岸带水体含量的横向分布

基于波浪掀沙和流输沙的物理图形，本文根据能量平衡方法和扩散理论分别推导得出了破波区内外含沙量的横向分布表达式，研究结果表明，破波区内趋近岸线的含沙量并不为零，与实测资料相吻合，采用泥沙扩散议程计算破滤区外的含沙量的横向分布，弥补了Fick扩散模型不考虑泥沙沉速的不合理性。     

VSMS系统在潮滩水沙测量中的应用

介绍了同步多点观测潮滩水流悬沙浓度、流速和水深和的计算机测量系统（VSMS）的组成，现场测试表明，该测系统精度较高、性能良好。     

非均匀沙起动规律研究

从非均匀沙受力分析出发，将非均匀泥沙起动所受到的附加作用力分为两部分。用滚动平衡方程式建立了能反映非均匀沙不均匀性的起动流速公式。利用天然河流实测资料和水槽实验资料率定计算公式中的系数，并用其它天然河流和水槽资料进行了验证。结果表明，公式的计算值与天然河流的实测值和水槽实验的实验值符合较好。     

波浪作用下悬沙浓度垂线分布的研究

根据波浪作用下的泥沙悬浮机理,即影响泥沙悬浮的主要因素从近床面的紊动扩散逐渐过渡到自由表面的波动水质点周期运动,提出了全水深悬沙扩散系数的表达式,建立了悬沙垂向时均浓度分布的显式解析模型,并进一步讨论了参考含沙量和床面摩阻系数的合理取值。计算值与测量值的比较表明,该浓度分布模型与不同尺度的水槽实验数据吻合较好。     

泥沙起动条件分析及推移质输沙率公式

基于床面均匀泥沙颗粒相对位置关系,确定了瞬时作用流速及有效作用高度,建立了平坡泥沙起动条件与床面泥沙暴露度的关系.从理论上分析得到,泥沙跃移起动要求水流条件最高,滚动起动及滑动起动取决于泥沙颗粒的暴露角,且暴露角 θ 不随拖曳力系数CD和上举力系数CL的变化而变化.当暴露角 θ 小于42.8°时,泥沙更易于滚动起动;当...     

台湾集集堰沉沙池泥沙浓度与浊度率定关系研究

水体浊度观测为水环境及水资源领域中之例常观测项目,泥沙浓度则为水资源及水利工程中重要之水文观测数据。浊度数据对于水生态环境、水资源利用评估及公共用水营运,为极重要判别指标 泥沙浓度数据则为集水区保育及河道稳定评估规划所需之重要基本数据。现行浊度观测方式及仪器,相对于传统泥沙浓度之观测,其仪器自动化程度高、价格较低,且设站较为简易方便且普遍。虽河川中悬移泥沙浓度与浊度之物理定义不同,但在工程实务应用上仍有许多泥沙浓度数据以浊度数据来替代表示。本文研究特定水沙条件下之浊度与浓度率定关系,并以集集拦河堰为案例,探讨试样水体浊度、浓度观测数值在不同含沙量条件下之对应及量化关系规律,并依ISO标准规范,进行不确定度分析及误差分析。研究成果显示,浊度观测方式之重现性及精度良好,且浊度与浓度测值间对应率定关系明确,但此率定关系与泥沙类别、泥沙粒径及分布组成条件密切相关。参照本研究所提出之泥沙浊度与浓度观测之率定关系规律,可以利用现已普遍设站之水质观测站之浊度观测数据,建立推估特定流域河道之水、沙特性关系。