斜坡上泥沙起动流速统一公式的建立

为了建立斜坡上泥沙起动流速的统一公式,基于概率论与力学相结合的方法,考虑了细颗粒泥沙之间的黏结力及附加下压力对泥沙起动的影响,引入起动概率与附加质量力,采用滑动起动模型,从理论上推导了该统一公式,包括近底作用流速和垂线平均流速。通过实测资料验证,该公式的计算结果与实测数据符合较好。与其他公式相比,该公式形式简单,计算精度较高,可以用来计算斜坡及平坡条件下黏性、非黏性泥沙的临界起动流速。     

正负坡上均匀散粒体泥沙起动流速的研究

基于泥沙颗粒间相对暴露度及起动概率对泥沙起动的影响,引入附加质量力,采用泥沙滑动起动模型,推导出适用于正负坡条件下不同起动概率的泥沙起动底流速公式和垂线平均流速公式。在此基础上,引入泥沙颗粒形状修正系数。经实测资料验证,修正后的泥沙起动流速公式计算结果与实测资料吻合良好,不仅适用于均匀泥沙起动,还可以适用于非均匀泥沙起动。与已有的起动流速公式相比,本文公式形式简单,计算精度较高,可以应用于天然河流条件下非均匀泥沙起动流速计算。     

任意坡面上均匀沙起动概率及起动流速的计算公式

基于概率统计理论,引入泥沙颗粒组成及相对暴露度产生的附加质量力,得到了任意坡面上泥沙起动概率的计算公式;并将其引入到泥沙起动研究中,从理论上推导出了任意坡面上近底作用流速及垂线平均流速公式;此外,公式还可以进一步简化为弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡以及平坡条件下的泥沙起动流速公式。通过任意坡、弯道岸坡等条件下的实测资料验证,本文公式计算值与实测数据符合较好,可应用于任意条件下泥沙起动流速的计算。     

水压力对细颗粒泥沙起动流速影响的试验研究

本文对现有起动流速公式的结构进行了分析,指出水深是通过水压力来影响起动流速的。作者在一个水压力可以调节的专用设备上用三种泥沙进行了试验.结果表明:对较粗的散粒体泥沙,水压力对起动流速没有影响。因此现有的公式需要修正.对粘性细颗粒泥沙,随着水压力的增大,起动流速明显增大.起动流速增大的程度介于现有二个公式计算值之间.具体规律有待进一步研究.     

长江口南槽非均匀细颗粒泥沙起动流速的近似估算

利用文献中的泥沙起动流速公式，推导出非均匀细颗粒泥沙起动流速近似估算公式。采用长江口南槽定点测量涨落潮过程中水深、水面以下lm的流速与近底床悬沙粒径d95资料，拟合该近似估算公式。估算结果表明：近底床悬沙粒径d95小于0．06mm的细颗粒泥沙起动流速值大于已有水槽实验值。     

长江口非均匀细颗粒粘性泥沙扬动流速

泥沙的扬动流速是指泥沙颗粒跃起后不再回落到床面,而是悬浮于水中,并随水流运动前进时的临界流速.在4次野外调查的基础上,基于扬动流一般公式,对长江口区流向稳定时期同步观测的垂线平均流速、底部悬沙粒径、水深和泥沙沉速等数据进行回归分析,拟合长江口区非均匀细颗粒粘性泥沙杨动流速公式,相关系数达0.85以上.经该公式计算的长江口非均匀细颗粒粘性泥沙扬动流速值大于已有公式计算值.     

弯道岸坡上粗细泥沙统一起动流速公式

该文基于概率论与泥沙起动基本理论,考虑了起动概率、相对暴露度与细颗粒泥沙间黏结力和附加下压力对泥沙起动的影响,采用滑动起动模型,从理论上推导出了适用于弯道岸坡上粗、细泥沙颗粒起动的统一流速公式,完善了已有研究成果对泥沙起动概率考虑的不足。公式综合了弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡等条件下粗细泥沙颗粒起动流速计算,可简化为各简单条件下泥沙起动流速公式。通过各简单条件下泥沙起动流速实测资料验证,该文公式与实测数据符合良好。     

长江泥沙起动流速资料分析

本文根据长江实测泥沙资料和葛洲坝枢纽工程泥沙问题研究和实践经验,分析了长江推移质泥沙和粘性细颗粒泥沙的起动条件,提出了卵石和沙质推移质泥沙的起动经验公式。并用长江实测泥沙资料对三峡工程采用的起动流速公式进行了验证。     

细颗粒原状土起动流速试验研究

为了得到更为客观科学的泥沙基本活动规律,利用有压矩形管进行了细颗粒泥沙起动试验。试验结果表明,管内水压力对细颗粒泥沙的起动有重要影响,水压力越大,管中泥沙起动断面平均流速和起动切应力越大。根据有压矩形管的水流分布特性和水压特点,将矩形管中水流转换为普通明渠水流,转换得到的明渠中泥沙起动垂线平均流速与试验矩形管中泥沙起动断面平均流速基本相同,验证了利用有压矩形管进行细颗粒泥沙起动流速试验的可行性和代表性。在试验矩形管与实际明渠的泥沙起动流速转换过程中,并未考虑不同水柱高度下曼宁糙率系数的变化,这方面还有待进一步研究。     

李保如泥沙起动流速公式修正研究

现代水力学中近壁层流层厚度可反映边壁摩阻特性,是影响细颗粒泥沙起动的重要因素。李保如泥沙起动流速公式考虑到泥沙颗粒所处边界的水力学差异及近壁层流层对细颗粒泥沙的"隐蔽"影响,将细颗粒的摩擦系数f处理为近壁层流层厚度对细颗粒泥沙"隐蔽"作用的综合影响系数,但由于当时缺乏黏性细颗粒泥沙的试验资料,导致公式在黏性细颗粒泥沙起动流速的走向上表现不佳。本文仍采用原作者的物理图形,只是将摩擦系数f的函数由近壁层流层厚度对细颗粒泥沙"隐蔽"影响项与重力作用项两项组成,进一步将前者表示为"近壁层流层厚度δ与泥沙粒径D之比"即δ/D的指数形式,并在推导δ/D的表达式时直接用曼宁公式表示谢才系数C而引入糙率n,经过实测起动流速资料分别确定指数与系数后,即得出新的泥沙起动流速公式。利用大量实测资料验证表明,尽管不去考虑概念难以判明且难以定量描述的黏结力及附加下压力的复杂影响,且也不考虑流速沿水深的分布计算公式如何表达,但只要合理考虑近壁层流层厚度对细颗粒泥沙起动的影响,同样能够建立出同时适用于黏性及散粒体泥沙的起动流速公式。     

沙波迎流面泥沙起动流速研究

利用概化沙波模型,研究了不同坡度、粒径及位置情况下的泥沙起动流速,根据实测数据指出沙波泥沙起动流速特征,并分析比较了与平坡起动的差别。通过对泥沙颗粒的受力分析,提出水流冲击力,并利用沙波垂线流速分布公式进行流速换算,建立了沙波泥沙起动流速计算公式。结果表明:在相同水流条件下,因沙波地形影响,迎流面泥沙起动流速值小于平坡;沙波不同位置处的泥沙起动流速非定值,随着水平位置而变化;坡度和粒径对再附点附近泥沙起动流速影响较小。通过验证比较表明,公式计算结果与实测资料基本一致,适用于描述沙波迎流面泥沙起动规律,可反映出沙波坡度和水平位置的影响。     

水流流速与泥沙起动概率关系研究

通过对泥沙颗粒在水流中的受力情况的分析,推导出泥沙处于临界起动状态时的近底水流流速。运用概率论的思想,建立其与泥沙起动概率的关系,并根据指数垂线平均流速公式将近底流速转变为容易测量的垂线平均流速,使得泥沙的起动概率可直接通过测量水流速度来确定,为泥沙起动的概率研究提供了一个很好的工具。     

塑料沙起动流速研究

塑料沙近年来己较广泛用于推移质和悬移质泥沙模型试验。但目前塑料沙试验基本限于圆球形细颗粒泥沙模拟,粒径较大的散粒体泥沙(砂砾石状塑料沙)模拟较少,本项目通过水槽试验,建立了砂砾石状塑料沙的起动流速公式,并通过与已有塑料沙起动流速公式的对比,证明得出的起动流速公式可行,为粒径较大的散粒体泥沙(砂砾石状塑料沙)的起动流速计算提供依据。     

泥沙起动流速公式在天然河流中的验证

在回顾前人成果的基础上,依据天然河流资料和以轻质模型沙资料,对适用性较强的各家泥沙起动流速公式进行了验证。结果表明:①以某一较小的单宽输沙率作为判别标准即使有一定依据,但在推移质输沙率测验精度很低的前提下,利用具体天然河流资料确定的泥沙起动流速误差也较大;②现有各家泥沙起动流速公式计算结果较为相近,同轻质模型沙起动流速都相差不大,对于天然河流资料也可进行估算;③相对而言,张红武、卜海磊公式,沙玉清公式,唐存本公式,计算结果同实测资料较为接近,可用来计算天然河流起动流速,其中张红武、卜海磊公式的验证结果最佳。     

河湾岸坡泥沙起动流速研究

通过对河湾岸坡上泥沙颗粒的受力分析,建立了相关的泥沙起动模式,从理论上推导出了对应的起动流速公式。与顺直河床的泥沙起动公式的比较表明,沙莫夫公式只是本文公式的特例。在概化的河湾岸坡水力学模型上,系统研究了不同弯道半径、水深、流量及岸坡坡度情况下泥沙的起动流速。通过验证比较表明,用本文所给公式计算的河湾岸坡泥沙起动流速与试验实测资料和前人的研究成果基本一致。     

斜坡上均匀散粒体泥沙的起动流速研究

以泥沙相对暴露度为基础,采用理论推导方法,得到了斜坡上泥沙相对暴露度的均值。在此基础上,采用泥沙滚动起动模型,得到了斜坡上不同起动概率的泥沙起动流速公式。通过引入修正系数,得到了适用于不同起动概率及不同斜坡上均匀散粒体泥沙统一起动流速公式。通过与不同斜坡起动流速资料及现有的斜坡泥沙起动流速公式比较可知,本文公式与其他公式均具有较高的计算精度,均可用于天然河流泥沙起动流速估算。     

基于概率统计理论的泥沙起动流速研究

为充分考虑泥沙起动的随机性,基于相对暴露度概率密度分布,结合瞬时水流流速及床面泥沙颗粒排列的随机特性,并采用泥沙滚动起动模型,建立了适用于散粒体及黏性细沙统一起动流速公式。通过与实测资料及经典的泥沙起动公式比较发现,本文公式计算值与实测资料吻合更好,验证了该公式在预测散粒体及黏性细沙起动流速的可靠性和优越性。     

基于悬移质泥沙分布理论的泥沙扬动流速公式

扬动流速是泥沙由间歇性滚动、滑动、跳跃运动转化为悬浮运动的临界流速,确定扬动流速对于预判沙质河床冲淤状态具有重要意义。在回顾前人研究成果的基础上,认为扬动流速概念适用的对象主要是非黏性沙质颗粒,它们的扬动状态同含沙量垂线分布图形存在的关系较为清晰,从而依据张红武及张罗号先后建立的含沙量垂线分布公式分别计算了不同悬浮指标下相对含沙量为0.85时的相对水深,得到一定水流条件下的颗粒悬浮高度拟合关系式,再通过假定泥沙扬动的临界状态为颗粒实际离开床面的运动高度已达相对水深0.03,即可得出泥沙扬动流速公式。通过与沙玉清和张罗号扬动流速公式的比较以及沙质河床实测水沙资料的检验,结果表明本文建立的泥沙扬动流速公式能较好地描述天然河流的泥沙扬动规律。     

推移质级配的确定方法

基于对推移质级配的主要影响因素的分析,从推移质与床沙交换平衡原理出发,获得了推移质级配的计算公式.其中推移质输沙率公式沿用恩格隆公式,非均匀沙起动对于中、粗沙采用孙志林公式,中、细沙则对窦国仁公式进行修正,修正系数仍采用孙志林提出的隐暴系数.用长江新厂等实测资料进行了验算,计算结果与实测资料吻合良好.     

不同粒径下悬移质含沙量垂线分布公式的验证与比较

泥沙扩散理论是研究悬移质含沙量垂线分布应用最广泛的理论。介绍扩散理论并评述由扩散理论衍生出的Rouse公式、张小峰公式以及Zagustin公式。分别采用粗颗粒及细颗粒泥沙实测资料对3个公式进行验证比较,并对验证结果进行分析。结果表明:在粗颗粒情况下张小峰公式精度较高;在细颗粒情况下3个公式与实测资料均有较大出入,但对分布指数进行修正后Rouse公式及Zagustin公式精度较高。