Einstein推移质公式的改进研究

很多学者对Ｅｉｎｓｔｅｉｎ推移公式建立过程中的冲刷概率，泥沙无因次单步运行蹁和泥沙交换时间等方面进行了深入研究与改进，并得到了改进后的推移质输沙率公式。     

推移质级配的确定方法

基于对推移质级配的主要影响因素的分析,从推移质与床沙交换平衡原理出发,获得了推移质级配的计算公式.其中推移质输沙率公式沿用恩格隆公式,非均匀沙起动对于中、粗沙采用孙志林公式,中、细沙则对窦国仁公式进行修正,修正系数仍采用孙志林提出的隐暴系数.用长江新厂等实测资料进行了验算,计算结果与实测资料吻合良好.     

推移质滚动的机理及统计规律

卵石推移质运动规律研究对山区河流开发利用意义重大。推移质颗粒一般是以滚动(间或滑动)、跃移等形式运动的。在低水流强度范围内,颗粒运动形式以滚动为主;即使占推移质大部分的跃移颗粒,通常也并不是在起动之后随即跃起,而往往需要先滚动一段距离。因此,有必要进行泥沙颗粒滚动机理研究。本文建立了粗颗粒泥沙滚动力学模型,将滚动步划分为接触步和自由步,经计算得到脱离角、单步运动步长、平均滚动速度等表达式;并采用爱因斯坦方法,修正了其公式中的单步步长和冲刷率,进而得到相应的推移质输沙率公式,并用实际输沙率资料进行了验证。     

基于相对暴露度的河床冲刷率及推移质输沙率公式

爱因斯坦推移质输沙率公式的理论框架得到普遍认可,但公式在细节处理上尚存在一些不足,很多学者对其进行了修正和改进,但至今有关床面泥沙随机分布特性仍欠考虑。基于床面泥沙相对暴露度概念,计入床面泥沙随机分布特性,采用滚动起动模式,建立了床面泥沙冲刷概率,并对爱因斯坦推移质输沙率公式进行了修正与完善。经实测资料验证,修正后的输沙率公式与实测资料符合良好。     

三峡水库下游荆江河段推移质输沙率计算方法分析

根据荆江沙市水文站与监利水文站共380组次推移质输沙率与断面水力要素的实测资料,分析了推移质泥沙的输移特性,建立了推移质输沙率与流量之间的关系式,并利用实测资料对Engelund-Hansen和Einstein推移质输沙率公式进行了检验与修正。研究结果表明:荆江河段沙市站与监利站的实测推移质泥沙年输移量位于137~388万t之间,主要发生在汛期的5-10月,约占全年的75%,而且沙市站断面的年均输沙量小于监利站;推移质输沙率与流量的1.3511次方成正比,呈显著相关。Engelund-Hansen与Einstein公式直接用于计算荆江河段推移质输沙率均存在系统偏差,修正后的公式与实测资料吻合较好,呈高度相关,其中Einstein的修正公式相关度更高。研究成果可用于荆江河段推移质输沙量的计算与河床演变分析。     

冲泻区形态动力学耦合模型研究Ⅰ:分段输沙率公式建立

海岸泥沙运动的床面推移质输沙率公式多采用修正的单向流泥沙输运的计算公式,难以描述近岸带往复急变非恒定流作用下冲泻区床面泥沙运动规律及其力学机理。本文在总结分析3家冲泻区泥沙运动希尔兹参数修正公式的基础上,对比分析垂向流速、岸坡、渗流等因素对岸滩形态改变的影响,提出符合冲泻区水沙动力特征的瞬时希尔兹参数修正公式,确定了公式所含参数的计算方法,建立了表征冲泻区泥沙运动的推移质分段输沙率公式,并基于理论分析设计水槽实验对公式参数进行计算,拟合得到的分段参数L表征量位于低冲泻区和中冲泻区的衔接处。结果显示,分段进行冲泻区推移质输沙率的计算是可行的,为后续岸滩形态动力学模型的建立奠定了基础。     

床面上短圆柱体局部冲刷三维数值模拟

床面上短柱体局部冲刷的机理复杂,运用三维有限体积法,对其局部冲刷情况进行了模拟.采用k-ε紊流数值模型,计算柱体周围的紊动流场,利用经验公式计算该时刻的推移质输沙率,运用动网格技术,处理床面地形随时间的变化.推移质计算充分考虑了床面坡度和流向对推移质输沙率和临界起动剪切力的综合影响.改进沙滑模型,修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成模拟的失真,同时克服数值计算的不稳定性.计算结果和水槽试验资料对比分析,二者符合较好.该模型可以用于海底结构物如桥墩、管道、丁坝等的局部冲刷的数值模拟计算.     

卵石推移质输沙率计算公式的检验和修正

由映秀湾水电站库区实测卵石推移质淤积量和敞泄冲沙推移质冲刷量,求得各时段平均进出库推移质输沙率,然后分别用进出库断面水力要素对以流速为主要参变量的几个常用推移质输沙率计算公式进行了检验和修正。比较后初步认为,系数修正后的竇国仁公式可用于卵石河床推移质输沙率的计算。     

长江上游寸滩站卵石推移质输沙规律研究

以长江上游寸滩水文站14 a实测的卵石推移质输沙率资料为基础,对常见的卵石起动和输沙率公式进行验证。计算结果发现:各公式精度不高,不能准确反映寸滩站卵石推移质输沙规律。对实测资料进行分析整理,引入了以卵石粒径本身为变量的系数,建立了卵石起动流速公式,并对以流速为主要参数的推移质输沙率公式进行修正,建立了适合寸滩站的卵石推移质输沙率公式。验证结果表明所提出的公式具有较好的精度。     

泥沙交换的随机模式

本文运用时间连续、状态离散的Markov过程作为描述水流底部泥沙交换过程的随机模式.在合理给出泥沙单步运动转移概率基础上,从理论上导出泥沙单次运动的等待时间分布,进而获得任意长时间内各种运动状态泥沙之间相互交换的转移规律.对平稳分布的分析表明,本模式描述泥沙交换过程比之时间离散Markov链更具一般性.文章还就随机模式在理论阐述河流自动调整作用机理、建立绝对悬沙浓度沿垂线分布公式和推移质输沙率公式、以及确定河口环境中沉积物的输移方式等方面的应用问题作了初步探讨.     

三峡水库推移质数量分析及淤积研究

首先在引进三峡水库实测推移质数量后,针对采样器效率较低、测量精度较逊而引起的质疑,从推移质运动机理和有关理论成果,论述证明了实测数值是基本可靠的.接着提出了考虑因素较为全面的非均匀输沙率公式,并且对朱沱、寸滩两水文站实测资料进行了验证和对比,两者的符合,说明了公式的可靠性,也提供了卵石推移质数量的一个旁证.继而引进了推悬比理论关系,阐述了在卵石河床上沙质推移质很少的机理,同时计算了寸滩水文站沙质推移质数量,结果与实测值颇为相近.最后估算和分析了推移质的淤积部位,从宏观上指出了其影响.     

对爱因斯坦均匀沙推移质输沙率公式修正的研究

本文讨论了爱因斯坦均匀沙推移质输沙率公式推导中对冲刷概率及泥沙冲刷交换时间的处理推求。笔者按流速的概率密度为正态分布及以此推导得出的上举力的概率密度分布,分别推导得出冲刷概率P的表达式,并提出了泥沙冲刷交换时间t的关系式,最后推导得出了新的输沙率公式。修正公式与试验点群比原公式在更广的范围内比较一致,可作为计算推移质总输沙率的定量公式,并可作为进一步研究非均匀沙水流挟沙力的基础。     

怒江中游河段推移质输沙率计算公式的试验研究

采用五类推移质输沙率公式中各具代表性的公式对怒江中游河段推移质输沙率进行计算,同时,通过推移质泥沙输移水槽模拟试验,对怒江中游河段的不同流量级的推移质输沙率进行了分析研究,并与上述推移质输沙率公式计算结果对比分析,得出了适合怒江中游河段的推移质输沙率公式,为该河段推移质输沙率计算提供了可行的计算方法.     

推移质平衡输沙率公式研究

将确定性方法和随机性方法相结合,以单位时间内单颗粒泥沙的交换次数代替交换时间,基于颗粒受力平衡推导了推移质颗粒的平均运动速度。结合Bagnold水流功率和Einstein起动概率的基本概念,推导了一个推移质平衡输沙率公式。该公式的系数在临界起动时较小,但随水流强度的增加而增大,从而避免了诸如Meyer-Peter、Einstein、Bagnold、Yalin及Engelund等经典推移质公式难以兼顾低强度和高强度输沙率计算的问题。利用经典的推移质输沙率实测数据检验了本文公式,表明该公式具有较好的适用性。     

基于泥沙状态概率的推移质输沙率公式

在Einstein床沙和推移质泥沙交换分析的基础上,考虑泥沙起悬对泥沙交换过程的影响,改进前人对泥沙交换现象的处理方法,得到了新的泥沙状态概率计算式;基于床面泥沙相对暴露度概念,计入床面泥沙随机分布特性,采用滚动模型,得到了泥沙起动概率;比对分析各家推移质泥沙运动速度公式,选择了更为合理的推移质运动速度计算方法,得到了新的无黏性均匀推移质泥沙输沙率公式。实测资料验证表明,该公式不仅与Meyer-Peter的实验资料符合良好,且对于低强度输沙情况,也具有较高的计算精度。     

岷江紫坪铺河段卵石推移质试测资料的整编和分析

本文对紫坪铺站连续三年试测的卵石推移质资料,应用多种整编方法,在结合试验资料选用采样效率系数的情况下,进行了整编推量和系列延长;同时应用爱因斯坦理论曲线和起动流速公式,对该站实测卵石推移质资料进行了相互检验和修正,得到了较为满意的结果。     

推移质输沙率公式比较与分析

推移质输沙率是河流动力学中一个十分重要的问题。本文在前人研究推移质输沙率的基础上,总结了6个典型的推移质输沙率计算公式。把单宽输沙率都统一转化成推移质输移浓度的形式,并运用大量的试验水槽资料验证比较。比较结果表明,相对误差最大的是恩格隆公式,高达118.6%;相对误差最低的为梅叶-彼德公式,为39.1%;精度由高到低依次为Meyer-Peter公式,窦国仁公式,Ackers and White公式,Yalin公式,Sharmov公式,Engelund公式。该研究可为工程人员选择公式提供参考。     

水库下游近坝段卵石推移质输沙率的研究

水库下游近坝河段推移质输沙问题十分复杂,涉及到多方面因素的影响.本文分析了水库下游近坝河段卵石推移质的产输规律,引入临界起动粒径的概念,建立适用于近坝河段的起动流速公式.选择适用于近坝河段的成勘院经验公式并对参数加以率定,结合近坝河段起动流速公式建立近坝河段的卵石推移质输沙率公式,经检验结果基本吻合.     

典型推移质输沙率计算方法概述

推移质输移问题是泥沙运动力学和河床演变学研究的一个重要内容.目前有关推移质输沙率公式种类繁多,公式结构和形式均有一定差异,有些公式未明确其使用务件及适用范围.本文从已有的推移质输沙率公式中选取几个有代表性的进行研究.经过综合分析得出,不同的公式有不同的适用条件,实际应用时必须结合工程实际及工程所在河流特性有钟对性地选择计算公式.     

推移质输沙率计算公式的比较和标准化问题

推移质输沙率计算公式种类繁多,其立论基础和研究方法各不相同,应用情况也千差万别,这给实际工作带来了不便.对典型推移质输沙率公式进行了分类,并提出了推移质输沙率公式标准化的途径,同时对已有的一些计算公式进行了比较和评价,推荐了Yang公式等几个公式,并对今后这一问题研究进行了展望.