悬移质近底参考面平衡浓度的一个计算公式--对Lane与Kalinske模式的改进

根据推移质与床沙交换、悬移质主要与推移质交换的物理背景，采用Einstein床面泥沙的起动概念及推移运动概率函数表征床面泥沙起动及推移运动，采用Lane与Kalinske提出的泥沙因水流垂向脉动而进入悬浮运动的模式表征推移质进入悬浮运动的过程，建议一个床面层高度，建立了一个悬移质近底平衡浓度的一个计算公式。公式的参数由实测资料确定，公式经过了独立资料的检验，计算精度在可以接受的范围内。基于本文建议的床面层高度及参考面平衡浓度公式，建立了悬移质输沙率计算方法，取得了满意的输沙率计算精度。对于细颗粒泥沙的悬移质输沙率计算，本文公式克服了Einstein方法的缺陷。     

床面泥沙的状态转移概率与质量交换率

本文首先根据床面泥沙状态转移的临界条件建立起不同状态转移概率的计算公式,进而对不同运动形式的床面泥沙之间的质量交换率进行了探讨,并导出相应的计算公式.作为质量交换率的初步应用实例,文章最后讨论了平衡输沙条件下的悬移质挟沙能力和推移质输沙率的计算方法。     

基于泥沙状态概率的推移质输沙率公式

在Einstein床沙和推移质泥沙交换分析的基础上,考虑泥沙起悬对泥沙交换过程的影响,改进前人对泥沙交换现象的处理方法,得到了新的泥沙状态概率计算式;基于床面泥沙相对暴露度概念,计入床面泥沙随机分布特性,采用滚动模型,得到了泥沙起动概率;比对分析各家推移质泥沙运动速度公式,选择了更为合理的推移质运动速度计算方法,得到了新的无黏性均匀推移质泥沙输沙率公式。实测资料验证表明,该公式不仅与Meyer-Peter的实验资料符合良好,且对于低强度输沙情况,也具有较高的计算精度。     

泥沙运动统计理论前沿研究成果

本文是作者数十年来以力学和概率论相结合的途径,广泛、深入研究泥沙运动统计理论的主要成果。其中包括泥沙运动的概化模式;单颗泥沙运动力学及统计规律;床面泥沙4种状态之间的转移概率及交换强度;不同状态之间的多种输沙率(而不是现有的两种)研究;泥沙起动规律及起动流速;从理论上导出的床面泥沙的边界条件;一维不平衡输沙规律及相应的数学模型;推移质与床沙和悬沙同时交换的不平衡输沙;床沙冲刷粗化与交换粗化规律;推移质点源、线源及退化面源扩散。另外,文中还给出了由泥沙运动统计理论带动的泥沙研究领域其他成果,如挟沙能力级配及有效床沙级配、粗细泥沙交换、挟沙能力多值性以及黄河高含沙量时的"揭底冲刷"。     

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。     

泥沙起动研究的伊辛和重整化群方法探讨

为探讨泥沙起动的物理机制和临界概率,把泥沙起动作为一种临界现象,与连续相变进行类比,应用临界现象、连续相变和重整化群的原理和方法建立了泥沙成片起动的二维伊辛模型和二维重整化群模型及算法。通过综合分析得到泥沙成片起动的一个临界概率,其阈值约为0.42,该值与已有实验和观测结果基本接近。把泥沙运动力学和分形动力学相结合探讨了床面起动的物理机制。研究结果表明:床面整体起动和DLA(受限制的扩散凝聚)集团的分形生长有类似的物理机制,对阈值小于0.5就能引起床面整体起动给出了一个物理诠释。该新思想和新方法的引入对探讨推移质整体启动这类复杂现象是有所裨益的。     

泥沙颗粒的扬动机理分析

本文从分析床面附近泥沙颗粒的运动特征出发，较细致地论述了沙粒在水流中从推移运动到扬起悬浮的物理过程，根据水槽试验的基本现象，讨论了过去一些理论中存在的问题和不足，概括了泥沙颗粒在水流中从床面扬起的基本模式，从二相流角度出发，分析了沙粒在水流中扬起的动力学机理。     

均匀无黏性泥沙起跃概率及输沙率公式

为了探索泥沙颗粒位置对泥沙起跃概率的影响,基于前人对泥沙起跃概率的研究,引入床面泥沙隐蔽角概念。在计入水流瞬时作用流速随机性及床面泥沙随机分布特性的基础上,考虑了泥沙上游支撑颗粒对研究颗粒作用水流的遮蔽作用,基于跃移起动模型,推导出一个新的泥沙起跃概率计算公式;将其引用到Engelund推移质输沙率模型中,得到了新的推移质输沙率公式。经与经典实验资料及其他公式对比分析可知,公式具有考虑因素全面、结构简明、计算精度高等特点,可适用于低、中、高不同强度输沙率计算。     

泥沙起动判别条件和推移质输沙率

在建立考虑了泥沙起动概率因素的散体泥沙起动流速计算式的基础上，讨论了泥沙起动概率，泥沙平均起动颗粒百分数，泥沙起动流速系数和推移质输沙率之间的关系．若以沙莫夫起动流速公式对应的起动流速系数值作为沙质河床起动临界条件的约定值时，相应的泥沙起动概率为０．１２７１，床面泥沙平均起动颗粒百分数为１２．７１％，无量纲推移质输沙率Φ为０．００３３５．这些结果与实际情况是基本符合的，可作为室内或野外观测泥沙起动的定量判别条件．     

局部冲刷坑发展过程的泥沙输运特性

为揭示水流作用下沙质河床结构物周围床面冲刷过程中的泥沙输运特性,采用三维紊流、考虑推移质和悬移质运动的河床变形数值模拟,研究了清水冲刷和动床冲刷条件下,墩柱型结构物局部冲刷过程中悬移质和推移质泥沙输运贡献及其与马蹄涡流特征量、床面切应力以及泥沙悬浮指数的相关性。研究发现,清水冲刷条件下,悬移质输运占比较小,推移质泥沙输运占优;动床冲刷条件下,悬移质输运的贡献随悬浮指数的减小迅速增大;冲刷过程中悬移质和推移质输沙率与床面切应力变化趋势一致,结构物周围局部切应力的大小与马蹄涡涡量呈正相关关系。     

床沙质与冲泻质的划分

为了研究大藤峡水库冲淤规律及泥沙冲淤对水库库容、水位、航道影响等问题， 对冲泻质与床沙质的划分，首先回顾了既往的床沙质冲泻质划分研究成果，采用钱宁法、自动悬浮理论等方法推求了红水河、郁江上几个测站床沙质冲泻质划分粒径， 进而推求了悬移质泥沙挟沙力公式。     

山西省部分河流推移质输沙量的研究

山西是水土流失比较严重的地区，河流含沙量一般较大，对推移质泥沙的估算，目前还没有比较理想的方法，本文通过对水文站和水库大量系列实测资料进行分析，运用沙量平衡原理分析，提出了山西不同河流推移质的计算参数。     

沙波运动与推移质输沙率

本文依据沙波运动尺度，从沙波运动角度建立了推移质输沙率表达式，该式既能用于均匀沙又能用于非均匀沙的输沙率计算，并经百余组室内外实测资料的验证，同时与其他公式进行了对比，结果表明，在各种强度的输沙情况下都能较好的吻合。     

推移质输沙率计算公式的比较和标准化问题

推移质输沙率计算公式种类繁多,其立论基础和研究方法各不相同,应用情况也千差万别,这给实际工作带来了不便.对典型推移质输沙率公式进行了分类,并提出了推移质输沙率公式标准化的途径,同时对已有的一些计算公式进行了比较和评价,推荐了Yang公式等几个公式,并对今后这一问题研究进行了展望.     

峡谷壅水河段推移质输沙规律探讨

以奉节站为例,对峡谷壅水河段水沙运动现象进行了描述,分析现有推移质输沙率公式在峡谷壅水河段的预测效果,对峡谷上游附近河段推移质输沙规律进行了探讨,指出峡谷壅水河段由于水深、比降及床面补给的复杂性,推移质运动的不连续性,致使现有输沙率公式不能适用于此类河段。     

冲积河流沙质河床推移质级配分布规律

推移质级配是进行推移质输沙率、河床冲淤等计算模拟的重要条件。本文从分析沙质河床近壁紊动源区内泥沙运动临界图景入手,运用瞬时动量对撞平衡原理得到推移质泥沙临界运动条件,并基于垂向瞬时紊动速度所具有的高斯分布规律,求解随机方程,建立了理论性较强的沙质河床推移质颗粒级配计算公式。黄河与长江的实测资料检验结果表明,本文提出的公式能同天然沙质河床推移质实测资料符合,因而对于确定冲积河流沙质河床推移质泥沙级配具有重要的理论意义和实用价值。     

陕西省大中型水库推移质淤积量的估算

提出了利用水库实测淤积量和水库上、下游水文测站泥沙测验成果估算水库推移质淤积量的方法 ,并用此法对我省石泉等七座大中型水库的推移质淤积量进行了估算分析。     

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。     

环境改善后江河卵石推移质不平衡输沙量的时空分布

本文引入卵石推移质输沙量[q,t]生灭模型,在存在多级支流的情况下,当工程环境改善后,建立了卵石推移 质不平衡输沙量的时空分布模型,该模型应用于长江三峡的卵石推移质输沙量的计算中,获得的结果基本令人满意。     

河流推移质泥沙计算方法

山西省是水土流失比较严重的地区,河流含沙量一般较大,对推移质泥沙及全沙的估算,目前还没有比较理想的方法。本文对水文站和水库大量系列实测悬移质泥沙资料,运用沙量平衡原理分析．提出了山西省不同河流推移质及全沙的计算参数。