洛惠渠高含沙水流的特性分析

利用洛惠渠近二下年的实测资料，从泥沙颗粒沉速、流变特性等基本概念着手分析洛惠渠高含沙水流的特性。指出水流中含沙量的增大和细颗粒含量的增加，一方面使流体粘度增加；另一方面使流体容重增大，从而导致颗粒的沉速大幅度降低，甚至形成坏分选泥浆。文章为进一步研究黄河等多沙河流的高含沙水流输沙提供了科学依据。     

高含沙水流基本理论综述

对现有高含沙水流理论研究进行了回顾,着重从高含沙水流粘性系数、宾汉极限剪切力、泥沙沉速、流速分布、水流阻力和水流挟沙力等方面进行了成果综述,探讨了现有研究成果的不足和有待改进的地方.本文旨在对高含沙水流理论研究的现状有所认识,对进一步研究高含沙水流的特性具有一定指导意义.     

黄河高含沙水流的特性和利用

高含沙水流应有足够的细沙（ｄ＜０．０１ｍｍ）含量与水组成基本悬浮液，在窄深河槽条件下，可挟带较粗颗粒泥沙长距离输送；水库中高含沙异重流还可以将大于０．０３ｍｍ以上的粗泥沙排出库外．排沙比可达１００％。在游荡型宽浅河道上，高含沙水流严重淤积，一场高含沙洪水淤积量可占全年淤积量的３０％～５０％。     

明渠高含沙水流的两个重要特性研究

本文从三维恒定雷诺方程式出发导出了计算二维均匀明渠高含沙水流紊流极限切应力τＢＴ的公式．公式中包含了紊动扩散系数εｍ，并通过分析天然河道实测资料和室内水槽试验资料研究了εｍ沿垂线分布的规律，结论是明渠高含沙水流的紊动扩散系数εｍ沿垂线分布规律和低含沙水流的类似，在河底处εｍ为０；在河底至相对水深０．２范围内εｍ随水深增加而变大，在相对水深０．２至水面范围内εｍ为常数．用所得τＢＴ计算公式对部分天然河道实测资料进行验算，大多数明渠高含沙水流属紊流流态，不存在紊流极限切应力τＢＴ     

排入湖泊的含沙水流三维运动特性研究

本文采用拉格朗日法，考虑泥沙颗粒水体的托曳力，浮力、压差力和附加质量力的合力作用，并用随机方法计入流体紊动的影响，建立颗粒随机运动轨迹方程。采用三维k-ε模型模拟流场。本文以一抽水蓄能电站为例，预测了在抽水情况下排入上池湖泊中的五个粒径组的泥沙在不同时刻的运动轨迹、速度及在三维空间上的体积浓度分布，预测了各种粒 径沙粒可能沉降的位置。     

黄河下游高含沙水流基本特性与输沙能力

采用理论研究和实测资料分析方法对黄河下游高含沙水流的基本特性进行了系统分析,得出黄河下游高含沙水流多属于两相非均质流,与一般含沙水流具有相同的运动规律的结论。采用达西阻力公式形式,给出了适用于黄河下游高含沙水流的悬移运动阻力坡降及推移运动阻力坡降计算方法。黄河下游高含沙水流经常处于不平衡输沙状态,这种不平衡输沙条件下的河段排沙比大小不能反映平衡输沙条件下的河段输沙能力。因此,探讨了河段纵坡J、横断面参数M及泥沙粗细组成对输沙能力的影响,给出了以河道形态参数表达的河道输沙能力关系。分别以花园口河段和艾山河段为代表分析了黄河下游上、下河段输沙能力大小的沿程变化,发现相同流量下,上段河道输沙能力为下段河道的1.3~1.4倍。本文成果对研究黄河下游高含沙洪水处理对策及水库调水调沙运用的效果具有一定理论意义和实际价值。     

高含沙水流的流变特性

黄河流域高含沙水流是由含沙水流、泥石流或泥浆组成的，其中含有大量的黏土或悬浮的细沙颗粒，它的流变特性很难掌握，呈非牛顿特性。对于高含沙非牛顿流体的研究，是通过使用与这种水流有相似黏滞性的高聚物来进行的，它的流速可以从颗粒图像测速仪的数据中反映。实验采用在黄河下游济南段河床上收集到的泥沙和在市场上买到的高岭土模拟的含沙水流，利用共轴圆柱流变仪和平行平板流变仪，开展了黏滞性实验、管流实验、明渠实验研究，实验观测内容包括摩阻系数、雷诺数、体积含沙量和平均流速。实验结果证实：①在两种流体中，黄河泥沙水流和高岭土水流摩阻水头损失系数都随含沙量增大而增大。当浓度为10％时，黄河泥沙水流和高岭土水流的摩阻水头损失系数分别是纯水中的1．3倍和1．28倍，黄河泥沙水流更高一点。     

高浓度固液两相流中泥沙分布的修正公式

本文在过去低浓度固液两相流动理论研究的基础上，提出了对高浓度固液两相流中泥沙浓度分布的一个修正模型，模型的预测结果与有关实测数据较为吻合。     

高含沙洪水冲刷规律的探讨

本文就低含沙洪水与高含沙洪水对河床的冲淤模式进行了描述，在对洪水冲刷河床的力学机理进行分析的基础上，初步建立了来水来沙与河床基本相互适应的条件下洪水冲刷深度与来水来沙的关系，并用黄河干支流资料进行了讨论与验证。该公式考虑因素简单，计算方便同时适用于低含沙与高含沙供水，可以用来估算洪水黄河干支流河床的冲刷情况。     

分流对高含沙输送影响试验的初步分析

利用水槽进行了粗细两种泥沙的高含沙水流稳定输送试验，在此基础上就军水分流对高含沙输送的影响进行了试验研究。浑水分流后，一般会改变水流的含沙量，或者影响水流的稳定输沙状态，引起河床的冲淤变化。分流会增加水流含沙的浓度或造成淤积，从而影响高含沙水流的稳定输送。     

黄河中游多沙粗沙区高含沙水流的粒度组成及其地貌学意义

通过野外实测资料的分析，发现在黄土高原的高含沙水流中，存在着某种最优的悬移质泥沙粒度组成，使得含沙量达到最大。这一最优粒度组成的出现，与流域中黄土、风成沙和基岩这三种物源的特定搭配有关，也是风力－水力交替区特有的外营力作用的结果。与悬移质泥沙的最优粒度组成相对应，出现了黄河中游多沙粗沙区产沙模数最大值。     

挟沙水流综合糙率系数的研究

在现有研究成果的基础上,通过分析大量天然河道实测资料和他人的水槽试验资料,发现在挟沙水流中,综合糙率系数与水深、流量的相关性较差;与含沙量的相关性较好,并且糙率系数随含沙量的增加先减小后增大;在一定佛氏数条件下,糙率系数与佛氏数的相关性最好,且随佛氏数的增加而减小,可以根据佛氏数来计算糙率系数,但在较大佛氏数后,二者关系出现“向上翘”现象。     

低含沙水流运动特性综述

本文着重综述了清水水流、挟沙水流的流速分布动特性、能量间分配关系等流动现象的内部规律，并系统分析比较了它们的异同，文中还兼论了卡门常数。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。     

泥石流泥沙体积浓度之研究

本研究系探讨泥石流先端部和整体平均 (包括先端部及后续水流 )泥沙体积浓度随着溪床坡度之变化规律 ,以及其纵剖面泥沙体积浓度沿着水深的分布特性。经采用其他研究者渠槽试验资料进行检定及验证后发现 ,当系数 ξ=0 .1 时 ,本研究所提出泥石流平衡泥沙体积浓度之半经验公式 ,不仅可模拟泥石流先端部泥沙体积浓度随着溪床坡度之变化趋势 ,亦可适于推估不同溪床坡度下之泥石流整体平均泥沙体积浓度。同时 ,本研究也应用最大熵原理及平衡泥沙体积浓度半经验公式 ,导出了纵剖面泥沙体积浓度分布之理论公式 ,经Tsubaki实测资料验证结果显示 ,本文模式可以掌握纵剖面泥沙体积浓度之分布趋势而优于Tsubaki及Chen两研究者之理论公式。     

高含沙水流二维数值模拟

一定条件下的高含沙水流具有非牛顿体特性，在天然多沙河流中由于地形分布等因素的影响。流动强度差异较大，往往呈现非牛顿体和牛顿体两种不同的流动特性，本文通过引进水流在不同流动状态下的特征，通过数值实验计算对模型进行了初步检验，计算结果与实际观测到的一些现象定性上完全吻合。