黄河水流挟沙力公式的验证

在评述已有水流挟沙力公式验证资料选取方法的基础上，从河床变形的基本概念出发，提出了天然河道强烈冲淤的判别指标。采用该指标选取水流挟沙力公式验证资料，对各家公式验证结果进行了相关性分析和误差分析。结果表明，6组代表性水流挟沙力公式中，张红武公式的计算值与验证资料最为接近，因此建议分析河床演变和数值模拟时选用该水流挟沙力公式。     

低含沙量条件下张瑞瑾挟沙力公式中参数确定及其在荆江的应用

水流挟沙力公式及其参数选取的合理性,直接影响到悬沙输移及河床冲淤变形的计算精度。在少沙河流,张瑞瑾水流挟沙力公式被广泛应用,但其系数和指数在不同研究中取值差异较大。本研究首先选取长江中游相对冲淤平衡状态下的水流含沙量资料共计573组,将其近似等于水流挟沙力;然后点绘水流挟沙力和水沙综合参数的关系,从而确定参数k和m的计算关系;最后将完善后的水流挟沙力公式嵌入到一维水沙动力学模型中,模拟了长江中游荆江段2016年的水沙输移过程。计算结果表明:当挟沙力公式中参数采用计算式确定时,各水文站计算和实测含沙量平均相对误差在26%～36%之间;而这些参数取为常数时,含沙量平均相对误差范围为39～49%。因此当采用计算式确定张瑞瑾挟沙力公式中的参数时,相较于取值为常数,水沙输移过程的计算精度更高。故该方法解决了以往在低含沙量条件下不易确定挟沙力公式中关键参数的难题,提高了水沙数学模型的计算精度。     

三门峡潼关以下库区汛期冲淤量的计算方法

提要本文建立的挟沙力与幺速的关系式,并以此与水流连续方程、泥沙连续方程等式结合进行冲淤量验证计算,结果与实测值吻合较好。进一步应用此式对三门峡水库改建后潼关以下库容的予估,结果令人满意。应用挟沙力公式进行冲淤量计算,在潼关以下库区还属少数,较之应用输沙率经验关系式估算冲淤量,在理论上前进了一步,具有一定的生产意义。     

基于两相流模式的水流挟沙力研究

水流挟沙力是泥沙研究中一个重要课题,是指在一定水流和边界条件下单位水体能够输移的饱和含沙量。当水流挟带的泥沙量与挟沙能力匹配时,河床不冲不淤;当水流挟带泥沙量与挟沙能力不匹配时,水中泥沙将与河床泥沙发生动态交换,床面淤积或冲刷,对河流床面高程产生影响。作者从考虑悬移质含沙浓度的水沙两相流基本方程出发,导出两相流瞬时能量方程并由此建立新型水流挟沙力公式,收集水流挟沙力水槽试验资料对公式中的系数进行率定。采用另外一些水槽试验资料及河流观测资料对所推求挟沙力公式进行验证,结果表明本文建立的水流挟沙力公式对低含沙水流有较高的适用性。     

河床冲淤幅度判别指标与水流挟沙力公式验证

以河床变形方程为理论基础,提出了河床冲淤幅度判别指标,为资料的选取及适应性评价提供了一个统一的标准.采用经这个判别指标界定的黄河中下游实测资料,对若干在黄河上较有代表性的公式进行了检验,结果表明对于微冲微淤资料,张红武公式计算点群较集中地分布在45°线两侧,计算值与实测值吻合最好;吴保生、刘兴年、曲少军3家公式计算结果较为接近,从计算值与实测值对比情况看,点群较为分散且偏小;曹如轩公式计算值与实测值相比偏大且点群散乱;刘峰公式计算值与实测值相比偏大甚多.这也说明了现有挟沙力公式本身对冲淤判别非常不灵敏,对冲淤的反应功能都相当弱.同时表明,在水流挟沙力公式验证中引入冲淤幅度指标可以增强所选资料的合理性,具有较好的实用性.     

三门峡水库潼关至三门峡段冲淤计算方法

本文根据潼关至三门峡河道冲淤特性，建立了挟沙力与幺速关系式，并以此与水流连续方程、泥沙连续方程等式进行河道冲淤计算，结果与实测值吻合较好。这套计算方法已应用在三门峡水库优化调度运用研究项目中。     

黄河下游低含沙水流挟沙力研究

冲积河流在低含沙水流冲刷后，床面粗化使水流挟沙能力下降现象十分明显。三门峡水库蓄清排浑运用后，黄河下游河道汛期淤积、非汛期冲刷，同样由于断面展宽，床面粗化及悬沙组成也变粗，使得水流挟沙力急剧下降。因此讨论低含沙水流冲刷条件下的水流挟沙力是评估水库下泄大流量冲刷下游河道效果的关键问题。通过试验及野外资料提出的低含沙水流挟沙力公式，它形式简单，与已有公式不同的是，它反映了河道边界条件(即坡降、床沙粗细及断面形态)及泥沙特性对挟沙力的影响。经黄河下游实测资料验证满意，可用以定量估算下游大流量低含沙量时冲刷的减淤作用及艾山-利津河段不淤(或微冲)需要的临界流量。     

黄河下游河道冲淤模型的构建与验证

针对黄河下游现状宽河治理和防护堤窄河治理两种模式,构建一维非恒定水沙数学模型,根据黄河含沙量高、水沙搭配多样、地形边界复杂等特点,甄选适用于模型构建的水流挟沙力、挟沙力级配、泥沙恢复饱和系数、动床阻力、床沙级配等计算公式。根据计算长系列年水沙条件,提出了计算出口边界的动态修正方法。采用黄河下游1976—2010年实测水沙、级配及断面法冲淤量对模型进行了验证,验证结果能够反映整个系列洪水在黄河下游的冲淤变化规律,计算精度满足生产需要。     

黄河小北干流一维分组泥沙冲淤数学模型

本文对河道水流挟沙力，河床阻力及断面形态调整进行了分析研究，建立了龙门、华县、河津、状头至潼关河段非均匀泥沙冲淤计算的水学数学模型。模型不仅分别模型黄河干流、渭河、洛河的河床变形，同时还能反映粗、中、细各级泥沙部淤调整的规律，经过验证计算，与实测资料符合良好，可应用于生产。     

黄河下游河道准二维泥沙数学模型研究

本文首先简要回顾了以往黄河河道泥沙数学模型研究成果,再以水流运动方程及经过作者修正的泥沙运动方程为基础,同时引入与实测资料相符合的水流挟沙力、动床阻力、泥沙级配等计算公式作为补充方程,构造出黄河下游河道准二维泥沙数学模型。然后,采用1986年11月-1996年10月这10年长系列实测资料,开展了验证计算。其结果表明,该模型不仅能计算黄河下游河道一般洪水引起的河床冲淤变形,还能成功地模拟出大沙年下游处于强烈淤积时的规律。     

泥沙随机数学模型分析及其初步应用

通过引入随机理论及其相关处理方法,详细分析随机概念下的泥沙冲淤模式,建立了基于随机理论的泥沙数学模型。此模型避开了恢复饱和系数意义不明、取值不确定问题,以及含沙量与挟沙力的复杂性问题。通过水库淤积、水槽冲刷及一般河道的冲淤计算应用,结果证明本模式定性合理,可与确定性的传统水沙动力学方法作对比。     

黄河流域典型沙质河段冲淤量预估方法及应用

为扭转宁蒙河段水沙失衡趋势,合理分配输沙用水,提高河道排洪输沙效率,本文根据黄河流域典型沙质河段实测资料,依照河流动力学原理,通过引入水流挟沙力,建立了不同水沙条件下典型河段冲淤量预估方法。实测资料检验表明,该方法能够简便快速地根据进口断面洪水实测水沙因子,较好地预估下游河段的冲淤量。通过分析不同条件下预估冲淤量可以得出,在经历多年淤积而致主槽严重萎缩的情况下,内蒙古巴彦高勒-头道拐段以1 500 m3/s流量级冲刷河槽效率最高,建议在水库调节初期采用小流量多阶段冲刷的方式,达到重塑河槽的效果。根据不同的进口条件快捷估算河段冲淤量,能够为河流水沙过程调控以及河道整治规划提供技术支撑。     

黄河下游低含沙洪水的冲淤特性兼论艾山-利津河段不淤临界流量

黄河下游上、下河段河道形态迥异,同流量输沙能力上段大,下段小。观测表明一定流量的低含沙洪水,就全下游来说可以产生冲刷,但对下段(艾山以下)来说往往发生淤积。本文通过实际资料分析了下游河段的排沙比关系及不同来沙条件下泥沙冲淤强度等规律,并利用下游低含沙水流挟沙力关系,深入分析了艾山—利津河段不淤临界流量。结果表明这段河道不淤流量不仅与来水含沙量有关,还与河口段淤积延伸对艾山—利津段水面比降有顶托作用有关。     

常曲率U型弯道水流结构与泥沙冲淤试验研究

通过在常曲率U型弯道水槽试验中采集的流速和水深过程数据,研究了弯道内水流结构及泥沙冲淤形态,分析了水流与床面之间的相互影响。试验发现:(1)弯道水流结构水面线发生扭曲,水流动力轴线及三个方向的垂线平均流速随流程和横向分布均有变化;(2)由于弯道特有的几何特征,使弯道中水流产生特有的弯道环流运动,弯道环流运动引起弯道泥沙的横向输移,形成弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的冲淤特性,反之,床面形态的变化也使水流结构发生改变。研究所得结果可为河流泥沙研究提供参考。     

跨河桥梁对河道防洪影响分析与评价

本文论述了建桥后引起河道水位、流速变化的因素以及桥下床面产生冲刷变化的缘由，介绍了引起河道行洪、壅水、水流、冲淤变化的定量计算方法，并就建桥对防洪工程和工程管理等方面的影响提出了相关的评价内容。     

沙河立新站水沙关系探讨

由于沙河实测泥沙监测资料比较匮乏,作为沙河上唯一的控制站,立新水文站近两年新增了泥沙测验任务。利用施测含沙量资料尝试建立实测流量～输沙率经验公式,对沙河泥沙测验和水沙关系进行分析。本文对研究河段冲淤情况进行了一些初步分析,并论述了河道水流挟沙力的推求方法。     

考虑推悬运动特性的全沙数学模型

本文分析了推移质和悬移质的运动形式，运动区域、运动规范、能量来源、挟沙能力及其计算公式，造床作用大小、断面冲淤分布、冲淤同步性、孔隙率、泥沙级配的计算方法以及实测资料所提供的初始边界条件等的不同，提出一个考虑推移质和悬移质不同运动特笥的一维全沙数学模型，其建模地基本思路是：在水流部分计算之后，将程序分两个循环，采用各自的计算方法，分别计算推移质和悬移质在同一水流条件下的上游来沙量、水流挟沙能力、断面实际输沙量、断面冲淤面积、新泥沙级配、冲淤厚度的横向分布、泥沙孔隙率，然后半它们的冲淤厚度按其非孔隙部分为权进行迭加，作为冲冲淤厚度。本文还提出了悬移质冲淤厚度横向分布公式，冲冲淤厚度迭加公式，本模型的计算结果与重庆两江汇合口河工模型试验成果，进行了比较，符合程度较好。     

悬移质水流挟沙能力与输沙特性

悬移质水流挟沙能力与输沙特性对于冲积河流泥沙冲淤、河床演变影响很大。作者在对我国广泛应用的悬移质挟沙力半经验性公式进行分析基础上，指出了这类公式应用的局限性，并通过试验研究提出了悬移质水流挟沙能力的新关系式，同时对输沙平衡时的临界不淤流速及临界坡降等表达式进行了探讨，文中结论的应用限于S=2-40kg/m^3中低含沙量的情况。     

波、流共存时的床面剪切力和泥沙运动

利用边界层理论，导出了床面剪切力，综合摩阻系数，综合速度和综合摩阻速度，建立了波浪，水流共同作用下的泥沙起动和水体挟沙力公式。     

支流水沙作用下干流床面冲淤特征试验研究

 通过一系列的水槽试验,研究了交汇角为30°时不同水沙条件下干流床面冲淤特性,获得了在支流有无来水、来沙时不同主支汇流比下的干流床面冲淤二维等值线图,初步揭示了干流床面冲淤随主支流量比及支流是否来沙的变化特性。研究成果对了解交汇区的冲淤变化及河床演变具有积极的作用。