河流最小可用能耗率原理和统计熵理论研究

河流是一个具有能量紊动粘性热耗散结构的开放系统 ,依照热力学熵差和统计熵定义了河流水力熵差和统计熵 ,根据耗散结构动平衡稳定的熵和能耗理论 ,建立明渠流和冲积河流的水力熵和统计熵理论 ,提出了明渠流和冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式 ,该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性 ,不仅在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理———自动调整作用原理 ,而且还反映了床沙质和冲泻质的划分标准、高含沙水流和挟沙力等特性 ,并用该理论解释了冲积河流水沙运动和河床演变的各种现象。     

应用耗散结构理论分析河型转化

运用耗散结构理论分析探讨了河型转化。指出河型转化是在外界条件变化超过某一临界值而发生的突变。河型在转化过程中，既可以从外界获得负熵流，也可以获得正熵流。负熵流促使河流朝有序化方向发展，正熵流促使河流朝无序化方向发展。有序化过程可能产生耗散结构，无序化过程可能产生混沌态。耗散结构与混沌态在河型转化过程中交替出现，就可能会形成不同的河型。     

对徐国宾、杨志达两先生某些论点的再讨论

<正>1关于"再讨论"的追根溯源笔者在文献[1]中对徐、杨两先生在文献[2]中涉及到笔者的某些论点进行了讨论,徐、杨两先生以文献[3]对[1]作了答复。由文献[1]之"1问题的起源"部分可知,这一讨论实际上在文献[4]的第6章之§6.7中已经开始。为避免"再讨论"的篇幅过大,本文只重点讨论徐、杨两先生在[3]中提出的两个问题,即"(1)最     

流体最小熵产生原理与最小能耗率原理(Ⅱ)

本文是“流体最小熵产生原理与最小能耗率原理”的第Ⅱ篇。在这篇中，一是阐明了最小熵产生原理等价于最小能耗率原理；二是基于最小熵产生原理，利用流体力学的3个基本方程，即连续方程、运动方程和能量方程以及热力学的吉布斯公式，推导出了流体最小能耗率原理数学表达式。该式适用于：(1)具有稳定边界的任何开放的流体系统，如河流；(2)恒定非均匀流或均匀流；(3)层流或紊流。     

流体最小熵产生原理与最小能耗率原理(Ⅰ)

最小能耗率的研究已有100多年的历史了，至今最有代表性和影响力的研究成果要数美籍华裔学者杨志达(Yang C. T.)等人提出的最小能耗率原理。作者通过分析研究，指出杨志达提出的最小能耗率原理存在着某些缺陷，并基于非平衡态热力学的最小熵产生原理重新推导了流体最小能耗率原理的数学表达式。论文分Ⅰ、Ⅱ两篇，这是第Ⅰ篇。本篇一是对最小能耗率原理的研究进行了简要回顾，着重指出杨志达的最小能耗率原理存在的缺陷；二是介绍了最小熵产生原理，目的是为推导流体最小能耗率原理的数学表达式提供理论基础。     

基于超熵产生的河型稳定判别式

基于非平衡态热力学理论中的超熵产生研究河型的稳定性,对河型是否有可能转化做出定量判别分析。选择河流系统的广义力和广义流,构造出河流的超熵产生以及超能耗率,根据超能耗率推导出河型稳定判别式。应用该判别式分析了黄河下游5个河段3种不同河型的稳定性,计算结果表明这5个河段的河型是稳定的,近期没有发生河型转化的可能性,与实际情况相符。利用该河型稳定判别式,不仅可判别河型的稳定性,还可以预测河流调整方向,为河流整治工程提供科学依据。     

基于最小可用能耗率原理的河流水沙数学模型

本文把河流视为具有能量紊动黏性热耗散结构的开放系统，根据耗散结构的熵和能耗理论，提出了保持冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式。该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性，在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理——自动调整作用原理。应用该原理的公式封闭河床演变方程组，建立了冲积河流河道输水输沙优化的数学模型，根据该模型的计算结果分析了黄河下游河道输水输沙的规律，并解释了河床演变的各种现象。应用该模型计算了黄河下游各河段输水输沙优化的临界指标，并提出了有利于改善小浪底水库调水调沙运用的建议，为小浪底水库调水调沙提供参考。     

流体最小能耗率原理的热力学基础

针对学术界一直存在争议的流体在运动过程中到底是遵循最大熵原理还是遵循最小能耗率原理或最小熵产生原理问题,以热力学理论为基础,分析最小熵产生原理和最小能耗率原理,同时澄清一些容易混淆的问题,指出:热力学中的基本原理、基本概念同样适用于流体运动;流体在运动过程中遵循最小能耗率原理或最小熵产生原理。     

基于耗散结构理论的黄河健康生命内涵分析

应用基于热力学第二定律发展起来的耗散结构理论，对黄河健康生命的内涵进行了分析，认为：黄河是一个复杂的开放系统，具有非平衡有序结构、内部子系统之间存在非线性作用、通过结构与功能之间的涨落可达到有序和谐，因而满足耗散结构的4个条件。增大负熵流是维持黄河健康生命的根本途径，应根据不同子系统的特点采取相应措施，确保黄河向有序的方向发展，成为一种自组织的时间、空间和功能的有序耗散结构。     

基于耗散结构理论的水库移民安置效果评价

水库移民安置问题是水利水电项目建设成败的关键。移民安置效果评价是对移民生产生活恢复情况的客观反映。水库移民系统具有开放性、远离平衡态、非线性等耗散结构系统的一般性特征,因此移民系统在与外界环境交流的过程中必然产生熵流的涨落。运用熵值理论计算水库移民系统内部相互作用所产生的熵值以及与外界进行物质、能量和信息的交换所产生的熵流,最后计算移民系统的总熵值,判断其结果是否沿着有序化的方向发展,从而达到评价移民安置效果的目的。     

分形理论在河型研究中的应用探讨

简述了当前河型研究现状、分形理论的特点方法及其目前在天然河道的应用现状,并结合分形理论对基于最小能耗率的河流演变理论进行探讨,研究了一定水沙条件下,河流能耗的分形理论表示公式,扩展了河道几何边界条件对于能量损耗的表述方法,推导了河型判别的分维数公式,并提出了目前的不足与进一步研究的方向。     

河床演变的均衡稳定理论及其在黄河下游的应用

在系统分析有关河床演变均衡稳定理论的研究成果基础上,指出河流熵理论的最小可用能耗率原理及其表达式完整地表达了冲积河流河床演变的自动调整作用基本原理,应用河流最小可用能耗率原理的表达式封闭河床演变方程组,建立河床演变均衡稳定数学模型,应用该模型计算了黄河下游各河段在不同水沙条件下的河槽均衡稳定断面,并计算分析了小浪底水库下游的清水冲刷、拦粗排细和水温变化及涨冲落淤等因素对河槽均衡稳定的影响,分析了河道输水输沙优化的临界指标,提出了强化非恒定流调水调沙、调控60-100 kg/m3的不利来水含沙量和以滞洪拦粗排细运用为主等改善小浪底水库运用的措施。     

基于能耗率的黄河下游河型变化趋势分析

利用黄河下游21a实测水文数据,逐年计算了其中6个河段的单位水流功率,分析了各河段的演化发展特征.研究结果表明:黄河下游弯曲河段的单位水流功率小于游荡河段的单位水流功率,过渡型河段的单位水流功率介于弯曲河段和游荡河段的单位水流功率之间;花-夹和夹-高游荡型河段21a的单位水流功率变化幅度较大,说明这两个河段的游荡特性至今没有得到改善,远离相对平衡状态;高-孙和孙-艾过渡型河段的单位水流功率逐渐下降,且自90年代中期以来变化幅度不大,其游荡特性已逐渐消失,越来越趋近于相对平衡状态;艾-泺和泺-利弯曲型河段21a的单位水流功率围绕着其平均值变化幅度越来越小,趋于相对平衡状态.