弯道水流的分离

本文根据弯道纵向垂线平均流速分布公式,利用进口断面凹岸流速为零和出口断面凸岸流速为零的条件,建立了判别弯道水流在凹岸和凸岸是否分离的条件关系式。利用水流分离的判别式,结合前人的定性研究成果,较系统地分析了相对曲率半径,水流的强度、来流条件,河床形态、河床粗糙情况、相对水深及弯道中心角等因素对水流分离的影响。所得结论与试验成果是一致的。     

不同水沙条件下弯道河床冲淤与漫滩洪水特性研究

我国西南山区山洪灾害频发,严重威胁山区社会发展和人民生命财产安全。由于地形限制,山区常见弯曲河道,而弯曲段时常发生山洪灾害。以往弯曲河道水沙运动及河床演变的研究成果难以有效识别弯曲河道漫滩洪水下凹岸易灾区域范围。基于四川省芦山县王家村弯曲河道漫滩洪水灾害的现场观测,本文设计了弯曲水槽模型,测量了不同水沙条件下弯道水面超高、河床地形、凹岸水位和滩槽纵向流速,探讨了漫滩洪水的致灾机制,识别了漫滩洪水下弯曲河道易灾区范围。结果表明,上游流量是弯道漫滩洪水致灾的关键因素,而上游泥沙补给是次要因素。弯道水面超高随泥沙补给增加而增大,经对比计算,兰运长等的率定参数能较好预测河床冲淤稳定的弯道水面超高。水流不漫滩时,泥沙补给仅造成弯道凸岸轻微淤积,对弯道凹岸水位提升的影响很小。洪水漫滩后,上游流量增大造成凹岸水位和滩地流速显著增加。随着泥沙补给不断增大,弯曲主河道河床整体淤积,但淤积对水位和滩地流速的影响较小。30-60°断面区域是90°弯曲河道的易灾区范围,这是因为该区域内的滩地流速大于主河道流速和上游来流流速,滩地最大流速出现在弯道50°断面,其值可达上游来流流速的1.3倍。从水动力学角度分析,洪水漫滩时,滩地流速显著增大是王家村弯曲河段弯顶附近滩地成灾的原因。     

荆江微弯分汊浅滩的水沙输移及河床演变

沙市河段为长江中游典型长顺直微弯分汊河段,河床演变复杂.对该河段水流变化规律、河床冲淤模式进行了分析,探讨了来水来沙及河床形态对河道水沙输移的影响.河床冲淤由来水量、来沙量和河床形态共同决定,但河床形态与流量过程在更大程度上影响着河床冲淤特性,放宽段河床冲刷深度与单宽流量变化率之间较好的相关性便体现了这一点.考虑来流及河床形态的决定性作用,对该河段的主流摆动特性进行了分析,认为汊道兴衰交替是河床演变的主要特性.     

游荡型河道阻力沿河宽分布的研究

阻力沿河宽分布的变化是造成游荡型河道主流频繁摆动的主要原因之一,掌握其变化规律是研究游荡型河流演变规律的关键。通过对游荡型河道成因及河道演变特性进行分析,结合黄河下游花园口-高村19541958年的水沙资料,考虑暴涨暴落的洪水、散体颗粒泥沙组成的床面形态以及剧烈变化的地形条件对阻力分布的影响,建立了适用于黄河下游游荡型河道的二维阻力公式。通过实测资料检验,计算值与实测值符合良好,表明该公式可以较好的反映游荡型河道阻力沿河宽分布的特性。     

植被条件下河相关系研究

由于植物的影响,植被条件下河相关系变得更加复杂。在窦国仁提出的最小活动性假说的基础上,根据水流连续方程、水流阻力方程和Meyer Peter输沙率公式,同时考虑植被对边坡糙率、边坡稳定系数、泥沙输移强度等方面的影响,提出了植被和非植被条件下推移质河床的河相关系。为了验证该河相关系,进行了植被条件和非植被条件下的河道几何形态变形试验。通过试验数据与计算结果的比较及植被条件和非植被条件下的河相关系差异的比较,验证了所建立的河相关系。     

汉江下游典型弯曲河段的单向冲刷特点分析

枢纽下游河段由于来沙量大幅减少,会发生长时间长河段的单向冲刷,河道形态随之发生调整.选取丹江口水库下游汉江典型连续弯曲河段——仙桃至小陈家台河段,采用实测资料分析方法,分析了该河段单向冲刷演变及河道形态调整的特点.结果表明:该河段处于单向冲刷阶段,河段深泓单向冲刷下降,深槽展宽、延长、贯通.由于该河段受两岸边界约束,侧向侵蚀受限,河床冲刷下切为主,河道断面朝窄深发展;弯曲段,凸岸边滩总体呈冲刷后退的趋势,其中曲率半径较小的弯道凸岸边滩冲刷后退过程中存在淤长与切割的交替,微弯河段凸岸边滩则呈单向切滩后退,表现出枢纽下游弯曲河段由于中枯水期流量增加所呈现的撇弯切滩调整现象.     

植被条件下河相关系研究

由于植物的影响,植被条件下河相关系变得更加复杂。在窦国仁提出的最小活动性假说的基础上,根据水流连续方程、水流阻力方程和Meyer-Peter输沙率公式,同时考虑植被对边坡糙率、边坡稳定系数、泥沙输移强度等方面的影响,提出了植被和非植被条件下推移质河床的河相关系。为了验证该河相关系,进行了植被条件和非植被条件下的河道几何形态变形试验。通过试验数据与计算结果的比较及植被条件和非植被条件下的河相关系差异的比较,验证了所建立的河相关系。     

不同来水来沙条件下山区河流的河床响应试验研究

山区河流受季节性水文条件及产沙过程的影响,水沙条件变化频繁。尤其是暴雨山洪频繁挟带大量泥沙进入河道,从而引起河床急剧调整。本文以龙溪河典型河段为研究对象,通过调查天然河道的地形、床沙组成及来水来沙特性,开展了系列水沙模型试验,突出分析了来水来沙条件变化的河床响应。试验包括不同流量下清水冲刷和恒定流量下改变泥沙补给条件两种对比方案。以泥沙起动条件的沙莫夫公式判定方法,分析比较了不同工况条件下的断面泥沙起动流速和水流运动平均流速的关系,揭示了不同断面间泥沙冲淤特性及河床变形特点。在此基础上,探讨了河道沿程水位变化及致灾范围,对比分析表明,龙溪河在清水来流条件下,即使通过最大流量300m3/s,洪水位也未超过龙池镇堤防高程,即清水来流条件一般不会影响龙池镇的防洪安全。若大量泥沙下泄至主河道,龙池镇段由于河床比降变缓与河道展宽等床面形态的变化,水流平均流速显著降低,携沙能力减小,引起大量泥沙淤积,致使水位陡增,甚至出现漫滩现象,存在显著的防洪安全隐患。随着泥沙补给量的不断增加,河床不同区域输沙动力的调整制约了泥沙的输移距离,从而引起局部区域河床的淤堵,并导致洪水位的增加,甚至产生漫滩洪水并诱发洪水灾害。研究表明,山区河流泥沙补给对河床响应及水沙灾害具有重大的影响,来水来沙变化下的水沙运动致灾机理急需深入研究。     

水库下游清水冲刷影响下的河道调整规律研究

水库修建后,改变了河道来水来沙条件,建成初期,由于泥沙被拦截在库内,下泄水流基本为清水,一般会对下游河道造成一定程度的冲刷调整.采用平面2维水沙数学模型研究了大渡河某水电工程修建后,对下游河道的清水冲刷影响,分析了水位、流速、河床冲淤等参数在常遇洪水作用下的变化.研究表明,清水下泄可以带来下游河道断面形态的调整,河床总体冲刷下切,流速分布趋于均匀,水位明显降低.     

平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分 ,应用破开算子原理 ,建立了平面二维非均匀沙水流泥沙数学模型 ,并使用了平面二维非均匀沙水流挟沙力公式 .着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量、河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析 ,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程 .数值实验表明 ,该方法边界符合良好 ,计算量小 ,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律     

若尔盖泥炭型弯曲河流的崩岸机理研究

弯曲河流凹岸在近岸水流淘刷作用下发生崩岸是河湾横向迁移的直接动力。基于2011-2015年野外调查发现,黄河源的若尔盖盆地发育众多的弯曲河流,其河岸上部为泥炭层,下部粉沙层,可称为泥炭型弯曲河流。通过野外测量和粉沙层淘刷过程的分析,以及崩岸临界力矩平衡分析,从机理上研究了泥炭型弯曲河流的横向淘刷速率与崩岸机制,推导了泥炭型弯道的粉沙层横向淘刷速率的表达式,提出了确定淘刷系数的方法,获得了泥炭块的临界崩岸宽度公式,其计算值与实测值较相近。     

河口河床调整探讨

为钱塘江资料为基础,揭示了河口挟沙水流的复杂冲淤行为,分析了河床横断面形态对动力作用的复杂响应,探讨了潮汐河口河相关系,为工程建设提供了参考。     

A type of dynamic mechanism of river hydraulic geometry

Large-scale structure of river flow is the main driving force for bed erosion-deposition and bank deformation.The structure shapes and retains a corresponding hydraulic geometry form.Therefore,the most stable flow structure is the probable natural river plane formation.Natural coordinate transformation and perturbation methods were adapted to deform the governing equations of sine-generated river basic flow and disturbance flow independently.The stability and retention of perturbation waves were analyzed in our model to explain why meandering rivers followed a certain type of flow path.Computation results showed that all types of perturbation waves in meandering rivers were most stable when the meandering wave number was about 0.39–0.41.We believe that this type of stable flow structure shaped a certain meandering river.The statistical average length-width ratios of Yalin,Habib and da Silva and Leopold and Wolman somewhat confirmed our most stable river meandering wave number.In some ways,meandering rivers always tend to diminish internal turbulence intensity.     

沙波波高随水流强度变化规律的探讨

基于河床与水流交互作用过程是一个动力学变化过程的事实,从微动量变化对比分析入手,建立了临界动量方程,从理论上探讨了沙波波高与相对水流强度间的函数关系.计算分析表明,公式所能描述的规律与室内外资料完全一致,能较好地反映沙波发生、发展以及消亡的全部变化过程.具有理论和实用价值.     

冲积河流河岸冲刷展宽的力学机理及模拟

描述了冲积河流河岸冲刷展宽的力学现象,分别针对非粘性土、粘性土及混合土二元结构3种不同类型的土质河岸,归纳分析了影响河岸冲刷展宽的3类主要因素的力学作用机理,即近岸水流冲刷力、河岸土体抗冲力以及河岸崩塌时的土体临界抗剪强度.另外,还简要分析了采用经验方法、极值假说方法模拟河岸冲刷时存在的诸多局限与不足,着重阐述了不同类型土质的河岸冲刷展宽的水动力学-土力学的模拟方法,并对该领域研究工作的方向及其应用作了进一步的展望.     

桩柱透水丁坝的局部水头损失试验

作为一种新型河工建筑物,桩柱透水丁坝对局部水流的影响亟需可靠的定量研究.为此,结合理论分析和水槽试验对其局部水头损失进行探讨.首先,应用平面绕流与旋涡理论阐明其局部水头损失的机理,导出了桩柱透水丁坝局部水头损失系数与阻水流量的关系式.而后利用已有的桩柱透水丁坝阻水流量计算公式结合试验资料,得到了计算单个桩柱透水丁坝在非淹没状态下局部水头损失系数的经验公式,该公式计算值与实测值符合良好,可为透水丁坝水力特性的进一步研究提供参考依据.     

一种辫状河、曲流河复合沉积体层序特征及其成因

为了探讨辫状河、曲流河复合沉积体系的层序地层分析方法,以哈萨克斯坦南图尔盖盆地南部下白垩统沉积体为例,在确定河流成因类型和相构成的基础上,考虑沉积地质、测井和地震资料,对下白垩统沉积体进行层序地层划分.结果表明:研究区下白垩统层序1主要发育低位体系域和湖侵体系域,高位体系域发育局限.低位体系域主要为辫状河沉积,包括河床滞留沉积和心滩;湖侵体系域主要为曲流河沉积,包括曲流河河道和泛滥平原.辫状河与曲流河复合沉积层序主要受古气候、古构造和沉积物供给因素控制.该复合沉积层序的形成为认识和对比地下复杂河流相地层提供了较好的实例.     

三峡建库后荆江河段河床形态变化

分析了三峡建库后下泄水沙条件的变化，预估了荆江河段横断面的发展趋势，指明了荆江河段在下切的同时仍维持现在的弯曲与蜿蜒河型．     

非均匀沙挟沙力的研究

非均匀沙挟沙力是河道水流泥沙运动的重要课题之一。本文采用随机数学的方法,分析了水流与床沙的相互作用及床沙与床沙质的相互交换,建立了非均匀沙挟沙力公式。并用野外实测资料对公式进行了验证。验证结果表明,公式有较好的预测性。     

弯曲型河道水流流速分布及阻力试验

弯曲型河道水流运动规律及阻力特性在水利工程许多领域中占有十分重要的位置.对正弦派生曲线、梯形断面的连续弯曲型河道开展了物理模型试验,采用日本ACM2-RS型X-Y方向2轴电磁流速计对水流流速进行了测量,并对水流阻力进行了分析.结果表明,弯顶水流纵向时均流速分布接近抛物线型,最大流速点位于上部水面以下,整体上大下小,而顺直过渡段水流纵向时均流速分布最大流速点位于底部,整体上小下大;弯道段纵向垂线平均流速横向分布沿程依次为自由涡、均匀流及强迫涡分布;弯顶中垂线水流横向环流随流量、水深的增大而增大,零流速点的相对水深值大致在0.4～0.6范围以内;弯曲型河道水流阻力系数随着过水断面平均水深、水力半径的增大而增大,随着过水断面宽深比的增大而减小.