宽级配非均匀推移质输沙率的实验研究

非均匀沙推移质输沙率是生产中的一个重要问题,由于测验困难,许多河流尚无系统的原型观测资料。目前计算非均匀推移质输沙率的公式相差较大,难以得到统一的结论。本文利用实验及实测资料分析推移质输沙率的脉动特性,用负幂律分布进行描述,表明具有一定的普遍性。     

长江宜昌站沙质推移质输沙规律

现有几家起动公式中的K值不能够准确预测长江宜昌站沙质推移质输沙规律。对宜昌站1956年到1964年和1973年到1974年11年的246组沙质推移质实测水力、泥沙因子资料进行统计分析,将沙质泥沙近似作为均匀沙处理,从均匀沙的起动特点出发,通过分析泥沙颗粒受力和起动模式推导得出宜昌站沙质推移质起动公式,并且公式中的K值随着流量的变化而变化,呈指数分布。在此基础上进而建立了适合宜昌站沙质推移质输沙率公式,并用宜昌站1975年沙质推移质资料对公式进行验证,按公式计算的起动流速和输沙率与实测值比较,获得满意结果。     

非均匀推移质输移特性研究

在非均匀推移质输移机理的基础上, 通过理论分析、推导及计算,得到泥沙起动无量刚最小临界切应力参数θ0值为0.02。提出了一种计算推移质输沙率的方法及公式,该公式表明,在水流强度一定时,输沙率并非为一个常量,而是随颗粒在床面的相对暴露度而变。根据平衡输沙时θ0的最小取值,得到平衡输沙时推移质泥沙颗粒最大粒径dc max的计算式,在此基础上提出了一种计算推移质级配的方法。验证结果表明计算与实测资料符合较好。     

双峰型床沙推移质输沙率

本文采用拜格诺水流功率的概念,由量纲分析得出双峰型床沙推移质输沙率的函数关系。对实验资料进行回归分析,求出了双峰型床沙无量纲推移质输沙率和无量纲的单位水流功率间的关系。文中对双峰型床沙代表粒径的选取,临界起动功率的计算作了一定的探讨,对双峰型床沙推移质输沙率和单峰型床沙推移质输沙率进行了比较,并分析了双峰型床沙推移质级配随水流条件的变化。     

来沙条件变化对河床形态及推移质运动的影响

摘要：针对山区河流的来沙条件的不确定性导致的河流形态变化的问题,根据J . G. Venditti的系列来沙条件变化水槽试验成果,引入无量纲参数河床结构强度Sp,充分考虑推移质泥沙运动特性,探讨了来沙条件变化对卵石河床形态、推移质输沙率和河床级配的影响。结果表明:在已经粗化的河床上加入细沙会对河床形态、推移质输沙率和河床级配产生影响。加入细沙会造成河床重新出现冲淤变化,底坡变大,冲刷变严重,最终降低河床结构强度Sp;加沙会增大推移质输沙率,其中中值粒径为3mm的细沙运动表现为行进推移质,而中值粒径为8mm的粗沙运动表现为结构推移质;加入细沙后会细化河床,且加入的粒径越小,细化效果越明显,加入中值粒径为3mm的细沙后推移质的中值粒径先减小后增大,与加入中值粒径为8mm的粗沙后推移质的中值粒径先增大后减小相反。     

清水作用下全动床复式河槽泥沙输移特性及其模拟

推移质运动是河流动力学的基本问题之一,通过水槽试验探讨了清水作用下全动床复式河槽泥沙的输移特性,并通过理论分析提出了该类河道的推移质输沙率的计算方法.试验表明:在清水作用下全动床复式河槽推移质输沙率先随时间单调递增,而后随时间单调递减;推移质中值粒径先随时间大幅度增大,后随着时间的增加中值粒径增大的幅度减小,最终将趋于初始床沙中值粒径.根据推移质输沙率的变化特性,运用仙农熵的概念与理论,通过最大熵原理和变分法推导了河道粗化过程中的推移质输沙率公式,并对该公式参数的敏感性进行了分析.计算结果表明,该公式可以模拟全动床复式河槽河道粗化过程中的输沙率随时间的变化特性.     

沙波运动与推移质输沙率

基于沙波运动,通过理论分析水沙运动的动力学因素,合理概化水沙运动模式,综合分析水流运动过程中所受到的力,利用沙波迎流面水体的动量方程,从理论上研究沙波波高随水流运动变化的数学表达,并将其与推移质输沙率联系起来,建立一个推移质输沙率与相对水流强度的数学关系式.计算分析表明,公式所能描述的规律与室内外资料相符,能较好地反映推移质输沙率与相对水流强度间的正向变化的全过程,具有理论和实用价值.     

川江卵石推移质输移的随机性

推移质运动及输沙率是河流动力学的基本问题之一。通过对川江河道实测卵石运动速度及输沙率的整理分析，可知卵石为运动距离短，停歇时间长，平均运动速度低，运动具有很强的随机性及不连续性。对卵石推移质输沙量的年际及年内的变化规律分析表明，卵石推移质输沙率的变差大，统计分布分散，也具有很强的随机性特征。河床断面形态及其相邻河道特性对输沙率也有较大的影响。     

非均匀推移质输沙率

本文提出了一种实测床面表层颗粒暴露高度的方法,并用此方法实测,提出了区分宽级配非均匀沙全动和部份可动的标准;进而提出了非均匀沙平均床面及其代表粒径的计算方法。考虑前后颗粒暴露高度及其分布的相互影响,导出了冲刷概率P_*=PP′的表达式,并根据非均匀沙大小颗粒暴露高度不一的特点,提出了非均匀沙推移质交换时间的表达式;最后获得了新的非均匀沙推移质输沙率公式。该式已经验证,可以直接用于实际工程中。     

非均匀推移质输沙率

本文提出了一种实测床面表层颗粒暴露高度的方法,并用此方法实测,提出了区分宽级配非均匀沙全动和部份可动的标准;进而提出了非均匀沙平均床面及其代表粒径的计算方法。考虑前后颗粒暴露高度及其分布的相互影响,导出了冲刷概率 P_*=PP′的表达式,并根据非均匀沙大小颗粒暴露高度不一的特点,提出了非均匀沙推移质交换时间的表达式;最后获得了新的非均匀沙推移质输沙率公式。该式已经验证,可以直接用于实际工程中。     

Bed Load Transport Rate in Scouring and Armoring Process of Non-uniform Sediment River Bed

Flume experiments were carried out to study bed load transport rate during rive bed scouring and ar- moring.A theoretical differential equation linking the transport rate to the probability of incipient motion of non-uniform sediment is solved.The transport rate is shown to decrease exponentially with time,according to the theory,which is in good agreement with the experiment data.     

床沙表层非均匀分布对泥沙输移的影响

本文基于床沙宽度百分比及面积百分比的分析，选择上述二者有关参数来反映床沙表层不均匀分布特征，并由此得到了床沙不受隐蔽作用的最大粒径Ｄａ与面积平均粒径ｄｓ之关系。借助力学分析方法，分别得到了隐蔽区与暴露区的泥沙起动流速公式；同时，在输沙率关系中引入了宽度百分比Ｐｂ及ｄｓ，该式能较好地反映床沙粗化过程中，输沙率与表层泥沙组成之间的依存关系。     

An Investigation of Stochastic Nature of Bed Load Motion in Chuanjiang River

Bed Load Motion and its transport rate is one of the basic issues in river dynamics.In this paper, the authors discussed the stochastic nature of bed load motion in Chuanjiang River in details.Chungjiang lies in the upstream reach of Yangtze River.Its stochastic nature is shown in the following four aspects.Firstly, even though all the conditions are the same,due to the fluctuation of the flow,the bed load discharge and the location and width of sediment transport belts are different.Secondly,during the process of bed load motion, pebbles show the strong nature of intermittence.Thirdly,the sediment discharges through upstream and down- stream reach are not equal,i.e.the pebble motion exists the discontinuity.Fourthly,annual mean transport rates of bed load for different stations are different and variation of transport rate of pebbles for a given station with year is large.The four aspects will be discussed one by one detailedly.     

分汊河道水沙输移特征试验

根据分流河道的水沙特性,对现有的水沙输移计算模式进行了分类,总结了分汊河道分流分沙计算模式在国内外研究发展的现状,并进行了简要的分析评论,继而通过水槽试验对分汊河道整体水流结构和底沙输移演化特征进行了初步的探讨.试验结果表明:在汊道洲头和洲尾的局部范围内流速减小较明显,洲尾处出现水流分离区且左右两侧为高流速区;主、支汊流量的分配决定底沙输移强度,最大冲刷深度在主汊分流口下游.     

三峡工程下游卵石夹沙河段床沙粗化计算

三峡工程运用后,下泄清水持续冲刷河床,造成长江中游河段床沙逐年粗化,对长江中游河段水沙输移及河床演变规律的研究产生重要影响。为研究三峡工程下游宜枝河段、枝江河段卵石夹沙河床年际床沙粗化及年内床沙交换过程,基于Markov三态转移概率矩阵,引入非均匀沙隐暴系数,得到卵石夹沙河床上床沙级配、推移质级配及悬沙级配的概率计算模型(沙量平衡方程),能够同时考虑前期水沙条件、床沙起悬及冲淤过程对床沙交换过程的影响。结果表明：2003～2017年,枝城站床沙发生明显粗化,泥沙颗粒级配分布曲线左移,2003年床沙粒径范围为0.002 mm～41 mm,2017年变为0.031 mm～86 mm;此外,该断面床沙中值粒径总体呈上升趋势,并在2010年以后有一定波动,但波动幅度较小;并以汛初、汛末为时间节点,将枝城站年内月均床沙变化过程分为三类。通过枝城站2003-2009年实测资料验证,本文建立的概率模型计算结果与实测资料符合较好,能够应用于三峡工程下游宜枝河段及枝江河段卵石夹沙河床年际床沙粗化及年内床沙交换过程的预报,为今后非均匀沙运动及非平衡输沙机理的研究提供理论基础。