泥沙粒径与水流紊动关系试验研究

挟沙水流中的泥沙颗粒因水流紊动而悬浮，同时受重力作用而下沉。由于水流中的泥沙颗粒会对水流紊动产生影响，反之，水流紊动也对泥沙颗粒分布产生影响，它们之间作用是相辅相成的。本文采用超声流速仪（MicroADV）量测挟沙水流的时均流速沿垂向分布，同时对泥沙颗粒粒径的分布进行了试验，研究了泥沙颗粒粒径d50和水流紊动强度在沿垂向分布之间的内在联系，结果表明：泥沙颗粒粒径和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，并用实测资料对他们进行了拟合，建立了它们之间的关系式，有一定的实用价值。     

高含沙圆管流的紊动强度分布

明渠高含沙水流紊动特性的研究比较多，而关于高含沙管流紊动的文献则很少见到。我们在管路试验系统中，用应变式紊动流速仪，观测了管道内高含沙水流紊动强度的大小，沿垂线分布以及流速，含沙量对紊动强度大小和分布的影响，初步探讨了流核区内存在紊动，管轴处紊动紊动强度不小于其周围附近点紊动强度值的机理。     

影响悬移质粒径沿垂向分布因素的研究

通常泥沙颗粒粒径沿垂线分布呈"上细下粗"型,即越是靠近水面,泥沙颗粒就越细.采用水槽试验研究了在不同水力条件、不同泥沙条件下,泥沙颗粒粒径d50的垂线分布规律.试验表明:泥沙颗粒粒径沿垂线分布不仅与泥沙浓度密切相关,而且与水流条件以及泥沙颗粒大小有关,在垂向上相同位置,泥沙颗粒中值粒径随泥沙浓度增大而增大,随水流条件增强而增大,随泥沙颗粒粒径增大而增大.     

破碎波作用下沙坝附近悬浮泥沙浓度试验研究

岸滩中较大部分的侵蚀和淤积都集中发生在波浪破碎带，分析该区域的水动力特性有助于探寻沙坝附近悬浮泥沙变化规律。在波浪水槽中采用中值粒径为0.47 mm的原型沙铺设1：20坡度的底床进行了相关试验。试验结果显示：斜坡沙坝附近的悬浮泥沙浓度历时曲线呈倒“V”形分布，先增大再减小，最后趋于稳定；破碎带沙坝附近的悬浮泥沙浓度受波浪水深影响较大，并不随着波高的增大呈现规律性的变化；较小的沙坝顶悬浮泥沙浓度通常出现在入射波浪能量以及平均水流相对较小的波浪作用下；波浪相对平静期间，波浪流速的紊动强度较小，悬浮泥沙浓度较小。     

ADV在波浪边界层流动特性研究中的应用

本文介绍新声学多普勒流速仪（Acoustic-Doppler Velocimeter）技术在波浪流动特性研究中的应用。通过波浪水槽试验,利用ADV测量椭圆余弦波作用下不同底床情况,垂线上各点的瞬时流速。将瞬时流速进行相位平均,计算了各点的紊动强度。试验结果显示：在平底床面,水平流速u沿水深变化曲线体现了椭圆余弦波流速的不对称性;分析紊动强度沿水深分布,两种床面上水平流速u的紊动强度明显大于另外两个方向,沙纹床面上由于受到分离涡的影响,紊动强度沿水深分布和平坦床面上的特性有较大不同。     

潮汐水流中细颗粒泥沙絮凝沉降的初步探讨

通常采用泥沙的静水沉速,以计算水流的挟沙能力,在理论上是不合适的.影响泥沙沉降的因素,在紊流中是水流的紊动扩散等,而静水中仅有布朗运动.此外,根据潮汐水流的原状水样试验及实测资料分析结果,都表明动水中泥沙的絮凝沉速较静水的絮凝沉速约大十余倍. 阿尔卡门等人认为细颗粒的紊动扩散与脉动流速平方的平均值及粒径的关系较大,就提出了紊动扩散系数公式(7).我们对该式的比例常数K_s进行尺度分析,并对天然河道的含沙量分布不均匀性提出了修正系数.最后求得泥沙絮凝前后粒数比的近似计算式(20),然后利用美国萨凡娜港湾和长江口的全潮观测资料,进行分析计算,计算结果与实测数据比较符合.此外,我们分析河道紊动强度与人工紊动试验流速梯度G之间关系,以验算实测资料,表明絮团尚未到达破裂程度.     

不同密度滩地植被作用下的复式河槽水流特性

利用刚性竹签模拟非淹没滩地植被,在非对称复式河槽中进行了不同滩地植被密度作用下的水流特性系列试验。结果表明:主槽中心流速符合对数分布,滩地中心流速沿垂向垂直向上分布;主槽和滩地中心垂线平均流速受植被密度影响,垂线平均流速增长率与植被密度呈线性关系;主槽中心横向和纵向的紊动强度均呈S形分布,滩地中心处3个方向的紊动强度均不呈S形分布。     

紊动对黏性细颗粒泥沙絮凝沉降影响的试验研究

利用室内环形水槽及高倍摄像设备,定量研究了不同悬沙浓度及紊动剪切对黏性细颗粒泥沙絮凝沉降特性的影响。试验中观测到的絮团粒径为分散颗粒的几倍到几十倍,絮团中值粒径随着水体紊动剪切的增大呈先增大后减小的变化趋势,最大的中值粒径约为150μm,出现在紊动剪切为30 1/s条件下。悬沙浓度的增大促进絮团的发育,在350 mg/L条件下形成的絮团整体粒径比150 mg/L条件下的更大。絮团中值沉降速度在0.7～3.4 mm/s之间,絮团最大的中值沉速出现在紊动强度最大时65 1/s,此时所形成的絮团结构密实,有效密度较大。絮团有效密度随着粒径的增大而减小,研究表明,采用变分形维数方法,对有效密度随粒径变化的模拟结果与试验结果吻合较好。     

矩形水槽水流紊动特性分析

采用三维超声流速仪系统地测量矩形水槽水流紊动特性,对紊动拟序结构中的准周期、频率、周期函数、概率密度函数等进行了定量的数学描述,并对时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线分布问题作了较为深入的分析计算。为研究水流的紊动结构及悬移质泥沙的运动机理提供了验证资料,加深了对水流紊动结构的了解。     

天然河道水流紊动特性分析

本文采用超声多普勒三向流速仪对不同流量级的条件下长江干流黄陵庙水文观测断面不同垂线的脉动流速进行了观测。根据现场观测资料，对水流的紊动周期、频率、概率密度函数等进行了定量的数学描述，并对时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线的分布规律进行了分析计算。结果表明，脉动流速的概率分布在充分发展的自由紊流区近似为正态分布，在近壁强剪切紊流区为偏态分布；各垂线紊动强度在相对水深大于0．4的范围内比较均匀，在接近河底处升高，达到最大值后迅速减小，至河底为零。     

NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用。在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时，作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响，认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式，泥沙絮凝沉降越快，研究发现泥沙中值沉速（中值粒径）随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大，但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐趋缓慢；细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系，细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0．0245mm。     

NaCl对细颗 粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用. 在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时, 作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响, 认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式, 泥沙絮凝沉降越快, 研究发现泥沙中值沉速(中值粒径)随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大, 但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐超缓慢; 细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系, 细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0.0245mm.     

泥沙对水流紊动影响的进一步分析

泥沙颗粒对水流紊动的影响是水－沙两相流运动的重要问题之一。本文针对这一问题，从水流紊动的起因出发，分析了泥沙影响水流紊动的基本途径和方式，结合实验资料，主要对含沙量和泥沙粒径影响水流紊动强度的机理进行了探讨。从不出现尾涡脱落的至少能响应一部分大尺度涡的基本条件出发，得到了泥沙颗粒抑制或增强紊动的判别条件，并得出结论：因含有沙粒、水流紊动存在着被削弱、增强、或局部削弱、局部增强３种情况，表面在不同的     

黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960—2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。     

超声反射法测量悬浊液浓度分布的特性研究

在泥沙研究中，含沙量及其沿垂线分布的测量问题非常重要。目前基本上是采用传统的方法．费时费力，而且无法做到实时、连续测量。为了探索新的测试方法，本文报道利用超声反射法，根据声波在浑水中沿垂线传播时，不同深度、不同浓度泥抄颗粒对声波的散射信号不同这一原理，对泥沙浓度、深度及其粒径与散射强度的关系进行大量实验研究，以期能实现含沙量垂线分布的自动测试。     

管道高浓度泥浆阻力系数的试验研究

选择典型堤防淤筑工程与典型管道泥浆输送施工设备，采用现场观测对泥浆管道阻力系数进行了试验研究。作者利用实测管道压力、流量、含沙量等数据对高含沙水流阻力特性进行分析，取得了在管道粗糙过渡区泥浆沿程阻力系数受Re数、含沙量影响的基本认识，进一步给出了常规条件下沿程阻力系数与综合泥浆因子间相关关系及计算方法。同时还对典型管道泥浆局部阻力也进行了分析研究，提出了在考虑水流强度、泥沙因子的条件下泥浆局部阻力系数的确定方法。研究成果可供泥浆管道水力设计与泥浆管道施工定额编制时参考使用。     

模拟降雨下枯落物调控坡面产流产沙过程及特征研究

本研究采用模拟降雨实验的方法,研究了30、60和90 mm/h降雨强度下,5种枯落物覆盖坡面径流的水动力学特征,以期揭示枯落物覆盖条件对坡面产流产沙过程及其径流水动力学特征影响。研究结果表明:坡面平均产流率和产沙率随降雨强度增大而增大,随枯落物生物量增加而减小,并且与降雨强度和枯落物生物量之间均为指数函数关系;坡面流量-历时曲线稳定流量值主要受降雨强度的影响;产沙率-历时曲线稳定产沙率受降雨强度和枯落物生物量等多种因素的影响;枯落物覆盖对坡面径流水动力学特性有显著影响,相比于裸坡覆盖有50、100、150、200 g/m~2枯落物坡面径流平均流速相比裸坡减少率分别在17.7%、26.8%、37.9%、53.7%;雷诺数减少率分别在11.2%、18.7%、26.3%、33.4%左右;弗劳德数减少率在21.3%、30.3%、42.9%、61.2%左右,Darcy-Weisbach阻力系数增大了0.5~5.6倍;产沙率与Darcy-Weisbach阻力系数呈对数关系,与剪切力和径流功率呈线性关系,枯落物能显著增大径流临界剪切力和功率;产沙率(Dr)和各水动力学因子间有良好的相关关系,相关程度顺序为:RewVPFrft。     

泥沙数学模型近底边界条件Ⅰ：平衡输沙

床面泥沙的上扬是湍流猝发直接作用的结果．本文首先改进作者基于这一基本力学机理所构造的可自由冲刷床面泥沙上扬通量函数，然后利用输沙平衡时泥沙上扬与有效沉降通量相等之条件建立近底含沙量的理论模式．该理论与现有实验数据吻合甚好，较已有经验和半理论方     

泥沙输移强度计算公式的统一

输沙强度的计算 ,其实质是建立输沙率与水流强度间的关系 ,而现有的输沙公式中所采用的水流强度指标千差万别。本文首先对以往各种水流强度指标进行了综合、归纳 ,提出了一般形式的水流强度指标形式。由此推导出统一形式的泥沙输移强度计算公式 ,该公式可概括现有的有关输沙公式。     

STUDY ON SORPTION OF HEAVY METAL POLLUTANTS BY SEDIMENT PARTICLES

Sorption of heavy metal on sediment particles is studied theoretically am experimentally. Sorption processes of heavy metal pollutants on sediment particles can b well described by Langmuir model. Parameters in the model b,,k and k1 depend on proper ties of sediment and water, and have nothing to do with sediment concentration. By com bining the sorption dynamic equation and the mass conservation equation, the variation c N(sorption content of heavy metal pollutant by specific weight of sediment) and c (con centration of heavy metal pollutant in water phase) with time can be deduced. Further more, formulas for calculating the equilibrium sorption content N and the equilibriur concentration of heavy metal pollutant in water phase c are established too. Experimenta data well coincide with theoretical formulas. These can be treated as the basis for furthe quantitative study of sediment sorption-desorption characteristics.