适用于明渠流及冰盖流的统一泥沙颗粒起动流速公式

为得到冰盖流条件下的非黏性泥沙起动公式,揭示冰期河道断面强烈冲淤变化的机理,基于Einstein假定,推导得到了同时适用于明渠流及冰盖流的统一的非黏性泥沙颗粒起动流速公式,所得公式与已有冰下泥沙起动流速试验数据符合良好。当冰盖糙率为0时,冰盖流泥沙颗粒起动流速公式即化为明渠流泥沙颗粒起动流速公式。应用所得公式,比较了明渠流、冰盖流、冰塞条件下的起动流速及可起动最大泥沙粒径关系,冰塞条件下起动流速最小,可起动最大泥沙粒径最大。2014年冰期黄河头道拐断面发生强烈冲淤变化,是冰花集聚形成冰塞引起可起动最大泥沙粒径增大所致。所得公式及所揭示机理,将为进一步深入研究河道冰期泥沙输移规律提供重要思路和参考。     

水压力对细颗粒泥沙起动流速影响的试验研究

本文对现有起动流速公式的结构进行了分析,指出水深是通过水压力来影响起动流速的。作者在一个水压力可以调节的专用设备上用三种泥沙进行了试验.结果表明:对较粗的散粒体泥沙,水压力对起动流速没有影响。因此现有的公式需要修正.对粘性细颗粒泥沙,随着水压力的增大,起动流速明显增大.起动流速增大的程度介于现有二个公式计算值之间.具体规律有待进一步研究.     

甬江河口细颗粒泥沙起动流速研究

通过收集的甬江河口洪枯季细颗粒泥沙运动实测资料,基于垂线平均含沙量突变处对应的垂线平均流速作为该时刻泥沙起动流速的概念,统计获得不同水沙条件下的细颗粒泥沙起动流速数据;比较经典细颗粒泥沙起动流速公式对甬江河口泥沙的适用性,发现张瑞瑾、沙玉清、窦国仁经典公式的计算结果偏大,唐存本、张红武公式的计算结果偏小,窦国仁公式的计算精度最高。通过分析各公式出现误差的原因,引入泥沙水下容重对黏结力影响的修正项,对窦国仁公式进行修正,收集与甬江河口泥沙粒径范围接近的系列水深变化范围内包括粉沙质和淤泥质的细颗粒泥沙起动流速资料对修正公式进行验证,最终拟合得到可适用于大、小水深下的黏性细颗粒泥沙起动流速公式。     

一种有压流下细颗粒泥沙起动试验方法

本文提出了一种有压流下细颗粒泥沙起动时刻定量判别与起动流速测量的方法.结合可升降水塔、钢化玻璃封闭槽道、粒子图像测速系统等,本文开发出压力可调的泥沙起动试验系统,其中水塔用以改变水压,激光用以照亮泥沙颗粒,高速相机用以实时捕捉起动过程.泥沙起动后会散射激光,导致图片灰度急剧升高,依此特征推求起动时刻,并计算起动流速.采...     

点源渗流作用下泥沙起动试验研究

通过自行设计试验装置,完成不同粒径原型沙在不同渗透力下的泥沙起动流速试验.结果表明:随着渗透力的增大,起动流速有下降趋势;在相同的渗透力下,粒径越大,泥沙起动流速下降的绝对值幅度越大;其原理是渗透力使泥沙颗粒产生部分失重,导致泥沙的等效密度下降,最终使泥沙起动流速下降.为渗透力起动泥沙在水流拖曳力作用下高效输送泥沙提供...     

黏性原状土起动流速试验研究

针对黏性原状土难以被水流起动、冲刷的特点,设计了专门的封闭矩形管道,使水流的平均流速完全满足黏性原状土起动、冲刷的要求。在水槽满足起动冲刷要求的前提下,采用粒子测速系统（PIV）对管道断面流速分布进行了测量,分析论证了管道的阻力规律,并比较了有压管道与开敞水槽试验结果。分析结果认为,在水流流速不是太大时,有压管道的阻力规律符合对数律。在通过试验取得垂线流速分布的情况下,可以利用对数流速分布公式计算摩阻流速,进而计算边界水流切应力,再根据谢才公式,可将起应力换算成相应河道的起动冲刷切应力。     

较细颗粒泥沙对较粗颗粒泥沙水流挟沙力的影响试验研究

1　研究现状关于在高含沙水流输送中细颗粒泥沙对粗颗粒泥沙水流挟沙力影响的研究,前人已做了大量工作。布鲁赫和卡赞斯基[1]曾做过管道输沙试验。结果表明:在输送0.3ｍｍ的粗颗粒泥沙的管路中,加入0.01ｍｍ的细颗粒泥沙可以使水头损失显著减少、水流粘性增大、粗沙输沙能力增大,同时紊动强度显著减弱。同样的结论能不能在明渠中实现呢?即细颗粒泥沙使粗颗粒泥沙水流挟沙力增大的事实能否在明渠中成立呢?日本学者吉川和福冈曾进行过专门的试验来研究细颗粒泥沙的存在对粗颗粒泥沙输沙的影响[2]。试验在8ｍ长、0.4ｍ宽的玻璃循环水槽内进行,…     

侧向水流作用下均匀沙休止角变化的试验研究

散体沙动水休止角是表征沙丘、沙洲等散体沙堆积体稳定形态的重要特征参数,在岸坡稳定分析、坝前冲刷漏斗形态研究中有着广泛的应用。采用室内试验的方法研究了侧向水流作用下不同粒径天然均匀散体沙水下休止角的变化规律。结果表明:在水流流速超过泥沙颗粒起动流速后,天然散体沙水下休止角随流速增大而减小,且减小的速度随着流速的进一步增加而更加迅速;相同流速条件下,粗颗粒泥沙的水下休止角大于细颗粒,其对流速变化的敏感度也低于细颗粒。基于侧向水流边坡上泥沙颗粒的受力分析,引入相对流速概念,初步建立了侧向水流作用下均匀散体沙动水休止角计算公式及其简化形式。     

梯形复式断面明渠流场特征试验研究

本文采用重力相似准则,建立了原型梯形复式断面无坝引水工程的室外试验模型,解决了在无坝引水工程中开展试验观测难度大的问题。同时对主河道与明渠交叉点即明渠进水口及主河道上下游的流速进行了三维观测,探讨了不同河流断面位置处的流速变化,为未来无坝引水工程通过水流流速变化进行泥沙淤积治理提供理论参考。     

扰动对明渠湍流结构及床面稳定性影响的实验研究

本文通过在水槽实验中采集的流速过程数据，定量地研究了沙纹阶段明渠水流在不同形式扰动作用下的湍流结构，以及湍流结构对泥沙运动和床面演化的影响。实验发现，扰动附近水流紊动大大增强，扰动促使局部泥沙在断面平均流速低于平床起动流速的情况下起动，并促使床面失稳形成沙纹。另外，不同的扰动形式、位置及尺度对泥沙运动以及床面稳定性的影响各不相同，实验中进行了深入的比较和分析。     

Incipient motion of sediment in presence of submerged flexible vegetation

The presence of submerged vegetation on river beds can change the water flow structure and alter the state of sediment motion. In this study,the incipient motion of sediment in the presence of submerged flexible vegetation in open channels was investigated in a laboratory experiment.The vegetation was simulated with flexible rubber cylinders arranged in parallel arrays. The effect of the vegetation density, water depth, and sediment grain size on the incipient motion was investigated. The experimental results indicate that the incipient motion velocity of sediment increases as the vegetation density decreases and the water depth and sediment grain size increase. With flexible plants, the incipient motion velocity of sediment is lower than it is without vegetation, and is larger than it is with rigid vegetation. A general incipient motion velocity equation was derived, which can be applied to both flexible and rigid vegetation conditions.     

回流泥沙起动规律的试验研究

本文利用水槽概化模型，对回流的泥沙起动规律进行了试验研究，讨论了它与一般顺直明渠流中泥沙起动的差异，分析了回流泥沙起动的基本特性和规律，建立了回流泥沙起动的临界判别公式，经验证与试验资料吻合良好。     

水压力对黏性原状土起动流速影响的试验研究

为探究水压力对黏性原状土起动的影响,在一套能模拟不同大小的水压力的封闭管道试验系统中进行了黏性原状土起动试验。结果表明当水柱高度从35 cm提高到435 cm时,黏性原状土的起动摩阻流速是0.35 m水柱高度下流速的2.52~3.06倍;黏性原状土的起动流速随着水压力的增大而增大;水柱高度、原状土的粒径级配以及原状土的密实度是起动摩阻流速的主要影响因素。该试验成果可为黏性原状土起动流速的进一步研究提供参考。     

弯道岸坡上粗细泥沙统一起动流速公式

该文基于概率论与泥沙起动基本理论,考虑了起动概率、相对暴露度与细颗粒泥沙间黏结力和附加下压力对泥沙起动的影响,采用滑动起动模型,从理论上推导出了适用于弯道岸坡上粗、细泥沙颗粒起动的统一流速公式,完善了已有研究成果对泥沙起动概率考虑的不足。公式综合了弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡等条件下粗细泥沙颗粒起动流速计算,可简化为各简单条件下泥沙起动流速公式。通过各简单条件下泥沙起动流速实测资料验证,该文公式与实测数据符合良好。     

INCIPIENT MOTION OF NON-COHESIVE SEDIMENT UNDER ICE COVER - AN EXPERIMENTAL STUDY

Based on a series of experiments under both ice-covered and free surface conditions, the present article discusses the role of flow velocity and critical shear Reynolds number for incipient motion of bed material. The influence of the resistance coefficients of both the underside of the ice cover and the channel bed on the location of the maximum velocity has been discussed. In addition, the impacts of ice and composite resistance coefficients on flow velocity for incipient motion of bed material have been assessed. The diagram describing the critical shear Reynolds number and the dimensionless shear stress for the incipient motion of sediment under ice covered conditions with different under cover resistance coefficient has been established. The effects of grain size on densimetric Froude number for incipient motion of bed material have been investigated. A relationship between the densimetric Froude number for incipient motion of bed material and the median grain size of bed material as well as the roughness coefficient of channel bed and roughness coefficient of ice cover has been established.     

泥沙起动流速的随机分析

泥沙起动流速是河流泥沙动力学基本概念之一,对泥沙运动及河床冲淤变形研究有着重要意义.天然河流中的泥沙运动多处在紊流状态下,其影响因素极其复杂,具有显著的随机性.本文在总结前人研究成果的基础上,从流体力学层面论述了以作用于泥沙颗粒上的局部流速表示泥沙起动流速的合理性,进一步拓展分析,指出了以往公式的不足,给出了以局部点流速表示的包括散粒体与粘性颗粒在内的全沙起动流速公式,继而与各家公式作了对比;基于随机理论,给出了泥沙普遍动、少量动、个别动的判据,并将均值流速概率化,扩展了泥沙颗粒起动的范围与认知.     

Incipient motion of sediment in the presence of emergent rigid vegetation

This paper investigates the incipient motion of sediment in open channels covered with emergent rigid vegetation, which is represented by arrays of circular cylinders arranged in a regular pattern. The criterion for incipient motion is continuous sediment yield from the vegetation zone. The experiments conducted showed that with emergent vegetation, motion of local sediment was initiated before the incipient condition. The data obtained were used to derive an equation for the incipient motion velocity with vegetation coverage, which was observed to be smaller than that without vegetation. The experimental results indicated that the vegetated density had the most significant influence of the factors considered on the incipient motion velocity. The ratio of the velocity with formation of an uneven bed to the velocity for incipient sediment transport was found to have a constant value of 0.76.     

离子型表面活性剂对细颗粒泥沙起动的影响

表面活性剂是天然水体中常见污染物。泥沙吸附表面活性剂后,泥沙表面性质发生变化,从而影响泥沙起动规律。以长江武汉段细颗粒泥沙为研究对象,通过循环水槽装置模拟泥沙起动过程的试验,从定性和定量两方面研究了离子型表面活性剂对泥沙起动的影响机理。结果表明:①泥沙的起动过程可细分为7个阶段,当流速为15.0~20.0 cm/s时,水明显浑浊,泥沙起动;②由于表面活性剂的存在,泥沙悬浮相对减少,平衡含沙量明显降低,只达到初始含沙量的50%左右;③随着阴离子表面活性剂浓度升高,泥沙临界起动流速从19.37 cm/s增加到23.05 cm/s,而完全起动流速略微减小,从37.06 cm/s降至36.15 cm/s;④随着阳离子表面活性剂浓度升高,泥沙临界起动流速从19.37 cm/s增加到23.32 cm/s,完全起动流速从37.06 cm/s降至32.12 cm/s。电子显微镜观测结果表明,表面活性剂促进了泥沙絮凝,从而显著影响了泥沙的起动规律,且阳离子表面活性剂对泥沙的影响较阴离子表面活性剂大。研究结果不仅具有现实意义,而且为进一步完善泥沙运动体系提供了理论依据。