沙波运动与床沙交换调整

冲积河流非均匀沙表层床沙粒径组成是影响水流阻力、输沙及河床冲淤的重要因素.表层床沙组成随着冲淤及与深层床沙不断交换而调整变化.本文分析提出沙波运动是床沙交换最基本最普遍的原因,提出了随冲淤及床沙交换床沙调整变化的计算关系.根据作者及其它水槽试验和河流实测沙波资料,文中总结得出了沙波高度、沙波运动速度及周期的新的计算公式,可用于估算床沙活动交换层厚度及交换速度,也可用于其它方面的分析计算.     

非均匀沙分级推移质公式

根据近底泥沙交换的随机-力学模式及输沙率概率分布，从理论上建立了非均匀沙任意粒级推移质输沙率的新公式。采用作者提出的分级起动概率和颗粒跳跃速度表达式处理有关参数，而公式所及常数则由均匀沙输移试验资料确定。由此获得的非均匀沙分级推移质公式物理概念清楚、数学处理严密、能自动适应均匀沙情形。用非均匀沙分级输移试验资料的验证结果表明，理论能合理地描述非均匀沙推移质运动的客观规律。     

不均匀沙的推移质输移规律的研究

本文详细地分析了不均匀沙与均匀沙起动和输移规律的主要不同点,指出:不均匀沙的起动和输移过程又是一个床沙粗化或细化过程,两者互相制约,具有不恒定的特性(如间歇性、阵发性和运行轨迹Z形性等),使得不均匀沙的起动和输移复杂多变,与同粒径的均匀沙相比较,较细颗粒的起动流速高于均匀沙;较粗颗粒的起动流速又低于均匀沙,这一临界粒径的大小,随不同的床沙而异,床沙越粗、组成越不均匀,粗化作用越大,这一临界粒径也越大, 文中以实测资料揭示了目前我国常用的起动和输沙率公式计算值与实测值难于符合的问题,对文献[5]、[6]提出的不均匀沙的起动和输沙率公式的主要参数进行了分析和肯定,不足之处予以修正,并用常规测量或同位素追踪测量沙波形态、连续性、运行速度和波体容重所得的推移质输沙率和坑测输沙率资料进行分析验证,结果吻合良好,最后对本研究领域需要深入研究的关键问题提出建议,     

非均匀推移质瞬时输沙率试验研究

推移质输沙率是泥沙运动力学的重要内容。目前,推移质输沙率的研究大多集中于时均输沙率,对瞬时输沙率的研究则相对较少。首先,介绍了Ballio提出的均匀沙瞬时输沙率的计算方法,对其进行推导得到非均匀沙瞬时输沙率计算公式;其次,通过非均匀沙水槽试验中得到不同颗粒泥沙的瞬时运动速度,代入改进的Ballio输沙率公式中,计算得到瞬时输沙率;然后,采用定义方法计算瞬时推移质输沙率,并与Ballio方法进行比较,结果表明两种方法得到的推移质瞬时输沙率较为接近,说明采用改进的Ballio方法计算非均匀推移质瞬时输沙率是可行的。同时,通过大量试验,揭示了非均匀推移质瞬时输沙率在时间上不稳定性、在空间上不均匀性以及运动过程中间歇性等特性。     

非均匀沙推移质输沙率及其级配计算

本文根据水流功率理论,导出了非均匀沙推移质输沙率公式,并考虑了床沙运动的随机性及床面粗化对输沙率的影响;提出了推移质级配计算的公式。由非均匀推移质输沙率及其级配计算公式的计算值与作者、Samaga、Gilbert试验值及长江新厂(二)站、美国东汊河实测值吻合较好,并且能够用于均匀沙的推移质输沙率计算,具有广泛的通用性。     

河床表层冻融作用下推移质输移特征研究

高纬度河流系统常会经历季节性冻结与融化。为揭示冻融作用对床面推移质运动的影响，本研究以未经历冻融过程的常规室温(20 ℃)推移质输沙实验结果为基准，保证实验条件不变，开展了均匀沙与非均匀沙床表层冻融后的室温(20 ℃)推移质输沙实验，综合比较了冻融作用影响下推移质输沙率与级配组成特征。结果表明，河床表层冻融后的推移质输沙率均高于无冻融作用的推移质输沙率，据此提出了有冻融影响与无冻融影响下的推移质输沙率比值ζ。研究显示，冻融作用下的推移质输沙率呈有规律变化：剪切力较小时ζ较大，剪切力较大时ζ减小并逐渐趋于1.0;非均匀沙中，随着泥沙粒径增大，各粒径组的ζ逐渐减小;低流量驱动时，冻融作用对非均匀输沙级配组成的影响显著，并随着流量增大而逐渐减弱。本研究剖析了冻融作用对推移质输沙率与级配组成的影响，有助于认识冰冻区河流的河床稳定性与河床演变情势。     

非均匀沙的运动机理及输沙率计算方法的研究

本文较为系统地研究了非均匀沙运动机理及输沙率的计算方法，在建立泥沙运动交换模式的基础上，指出现有非均匀泥沙动动流速公式存在的不足并对此作了修正，然后分别讨论了推移质分组输沙率、悬移南分组兵沙力和全沙输沙率的计算方法，得到的有关公式均用实测资料作了验证计算，结果表明它们是合理、可靠的，可在理论研究和生产实践中参考应用。     

非均匀沙分组起动规律的研究

本文在分析了非均匀沙起动情况后，采用输沙率法和分组相对输沙率法判别非均匀沙起动如果用其平均粒径d。来表示非均匀沙，则起动切应力和相同粒径的均匀沙近似，分组起动情况小颗粒由于受大颗粒的隐蔽作用鞍同等粒径的均匀沙需要较强的水流条件．相反大颗粒由于受暴露的影响比相同粒径的均匀沙容易起动．各粒径组的起动切应力可用公式(11)求出，     

非均匀沙推移质输沙率的实验研究

本文利用输沙率自动连续测量装置,对宽级配非均匀推移质输沙率进行了较为系统的实验研究.基于室内实验结果,讨论了床沙不动百分数和补给条件对输沙率的影响,提出了适用于床沙部分可动、部分不可动条件下的非均匀推移质输沙率计算公式.     

黄河下游河道阻力与输沙特性的研究

本文分析了黄河下游河道阻力与水力特性、综合阻力主要组成单元、床沙组成的水力特性和运动特点，阐明了超低阻力的产生与床沙细、不均匀、含沙量较大、分布不均匀，使流速分布不均匀、卡门参数变小有关，是构成“大水出好河”、“多来多排”和远距离输沙的主要动力；超高阻力是大面积的沙波阻力所为，是造成“小水淤坏河”，河床不断淤高的重要原因.S＜200kg/m^3时，细沙河床阻力用公式（4）和（5）联解，可获得良好的结果，最后指出开发超低阻力输沙技术，消除和避免渠、槽超高阻力的出现是根除黄河河床不断淤高，引黄渠道淤塞、沙化和发展远距离输沙的主攻方向。     

天然河流沙质河床上器测推移质输沙率含义的商榷

作者基于天然河流沙质河床上的推移质和悬移质两类运动形式的泥沙,不存在一个能够截然划分的界面,认为在沙质河床上利用推移质采样器实测的推移质输沙率,其组成不都是推移质泥沙,其中尚包括悬移质中的床沙质泥沙。为此,本文分析了长江中游干流宜昌和汉口水文站河段利用推移质采样器实测的推移质输沙率和与之相应测次的、按测时水沙条件计算的临底流层内悬移质中床沙质泥沙输沙率的相关关系,论证了沙质河床上器测推移质输沙率中推移质泥沙和悬移质中床沙质泥沙组成的机理。     

非均匀沙不平衡输沙的理论研究

文中首先给出了由我们建立的床面泥沙交换理论导出的非均匀沙扩散方程的边界条件。建立了恢复饱和系数的表达式,包括了强平衡输沙和不平衡输沙两种情况。同时给出了泥沙在床面静止、滚动、跳跃与悬浮的概率方程和数值结果。引进了挟带分组泥沙的水量百分数,它是研究非均匀沙的重要概念和工具。进而论述不平衡输沙时总挟沙能力、挟沙能力级配及有效床沙级配的方程。证实了床沙质、冲泻质与全沙具有统一的挟沙能力。最后从理论上证明了在河道中粗细泥沙发生交换的现象。     

三峡坝下游荆江河段泥沙组成分析

根据实测资料,应用泥沙最大粒径dmax及中值粒径d50的变化规律,对三峡水利枢纽坝下游河段床沙、悬沙组成及其蓄水后变化分河段进行统计分析。从洲滩组成、水下床沙、悬沙的变化来看,三峡蓄水后该河段泥沙有粗化现象。     

沙波运动对冲积河流悬移质冲刷不平衡输沙的影响

基于冲积河流河床活动交换层动力学基本方程和悬移质不平衡输沙方程，利用数值方法计算了冲积河流冲刷不平衡输沙过程。结果表明，冲积河流床面沙波准周期性运动的动力学特征影响了河床中泥沙暴露至河床表面的速度，延缓了河床冲刷时由河床表面补充到水体中的速度，从而对悬移质不平衡输沙产生显著影响。分析结果同时表明，悬移质冲刷不平衡输沙恢复饱和系数的理论值是在不考虑沙波运动对河床内部泥沙暴露到河床表面的速度的制约条件下得到，使得理论值大于经验统计值。     

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。     

条件概率在推悬比统计分析中的应用

本文依据概率论原理，通过建立条件频率曲线的方法，论证推悬比的频率曲线，即悬移质发生的条件，相应推移有条件频率曲线。以长江新厂站实测资料例，对如何建立频率的曲线的工作程序，方法、图表等，作了详细说明，为泥沙工程中确定推移量、延长推移质系列、改进泥沙测验布局，提供了一个新方法。     

推移质动床模型变率的选择与比降变态的研究

根据模型沙起动相似和水流阻力相似要求,推导出推移质动床模型变率应满足的条件,当模型实际采用的变率不能满足要求时,或因选沙不当不能满足水流阻力相似条件时,可采用比降变态方法调整模型水流,在推导出调整后的比降比尺计算式的基础上,分比降变陡和变缓两种情形进行了说明。     

赣江中下游河道床沙分析

本文通过赣江中下游河道普遍的床沙取样和实地调查,对河床组成、地貌形态及其与泥沙运动的关系进行了分析,指出了推移质运动在赣江江心洲分汊河道形成中的重要性,对研究分汊河道成因有一定的参考作用。