岷江都江堰河段卵石推移质的横向分布特性

常用的推移质输沙率公式多指单位河宽的输沙率计算，对于全断面的输沙率则涉及推移质输沙带的宽度和横向输沙率分布，本文以岷江都江堰河段卵石推移质输沙率的横向分布实测资料为基础，建立了用自然对数函数描述横向分布的概率分布函数，并对横向强输沙区，弱输沙区和不输沙区给出了量化指标。     

怒江中游河段推移质输沙率计算公式的试验研究

采用五类推移质输沙率公式中各具代表性的公式对怒江中游河段推移质输沙率进行计算,同时,通过推移质泥沙输移水槽模拟试验,对怒江中游河段的不同流量级的推移质输沙率进行了分析研究,并与上述推移质输沙率公式计算结果对比分析,得出了适合怒江中游河段的推移质输沙率公式,为该河段推移质输沙率计算提供了可行的计算方法.     

河道输沙率的紊动

本文根据天然河道输沙过程实测资料的统计分析,得出了悬移质,沙质推移质与卵石推移质的输沙率紊动分布及其统一的分布律。从而进一步阐明了它们的紊动特征与运动图式,并据此分析了推移质的紊动对工程实际的巨大影响。     

推移质输沙率神经网络模型的试验研究

本文在分析推移质输沙率演变过程及其影响因素的基础上，概化为一种非线性的输入输出泛函关系。而后以人工神经网络作用原理建立了推移质输沙率的反馈网络模型。在变坡水槽中铺设天然沙，进行了九组不同流量、坡降及床沙组成的恒定流推移质输沙率试验。对每组试验过程连续接沙，称取并记录每次接沙时间、输沙量及其最大粒径，直到床面粗化稳定为止。以此试验资料对模型进行识别及模拟，显示了该推移质输沙率反馈网络模型具有较好的模拟预测效果。     

非均匀沙卵石推移质输移随机分布研究

使用天然尺度的实验室渠道观测了在恒定流条件下非均匀卵石床面的推移质运动变化过程,采集到了高精度、长时间序列的输沙率变化过程,用Γ分布有效描述了推移质输沙率的随机过程.在采样历时较短时,规则明渠的单宽输沙率过程与单宽输沙率横向分布均呈现较大的随机性,但随着采样历时的延长,虽然规则明渠的单宽输沙率过程仍呈现一定的随机性,但规则明渠的单宽输沙率的横向分布基本趋于稳定.相对推移质单宽输沙率概率密度分布可近似地表示为Γ分布,且α、β的取值随采样历时与无量纲希尔兹切应力的增大而增大.利用本次试验成果,通过多元线性回归,得到了α、β与采样历时以及无量纲希尔兹切应力的关系式,可为工程应用提供参考.     

北江下游推移质输沙研究

采用数值模拟与实测资料相结合的方法研究了北江下游推移质输沙率公式的适用性、洪枯季推移质输沙率及空间分布。结果表明以切应力为主要参量的推移质输沙率公式较适用于北江下游河道,洪季Bijker公式、枯季Van Rijn公式计算误差较小。石角断面洪季推移质输沙率为9.06万t/月,枯季为2.43万t/月,年推移质输沙量为49.54万t。推移质输沙主要集中在大塘以上河段,洪枯季均在山塘上游、廻岐洲、界牌洲等处出现输沙率峰值,大塘下游推移质输沙较弱。水面比降是推移质输沙率沿程变化的主导因素。     

非均匀推移质瞬时输沙率试验研究

推移质输沙率是泥沙运动力学的重要内容。目前,推移质输沙率的研究大多集中于时均输沙率,对瞬时输沙率的研究则相对较少。首先,介绍了Ballio提出的均匀沙瞬时输沙率的计算方法,对其进行推导得到非均匀沙瞬时输沙率计算公式;其次,通过非均匀沙水槽试验中得到不同颗粒泥沙的瞬时运动速度,代入改进的Ballio输沙率公式中,计算得到瞬时输沙率;然后,采用定义方法计算瞬时推移质输沙率,并与Ballio方法进行比较,结果表明两种方法得到的推移质瞬时输沙率较为接近,说明采用改进的Ballio方法计算非均匀推移质瞬时输沙率是可行的。同时,通过大量试验,揭示了非均匀推移质瞬时输沙率在时间上不稳定性、在空间上不均匀性以及运动过程中间歇性等特性。     

河床表层冻融作用下推移质输移特征研究

高纬度河流系统常会经历季节性冻结与融化。为揭示冻融作用对床面推移质运动的影响，本研究以未经历冻融过程的常规室温(20 ℃)推移质输沙实验结果为基准，保证实验条件不变，开展了均匀沙与非均匀沙床表层冻融后的室温(20 ℃)推移质输沙实验，综合比较了冻融作用影响下推移质输沙率与级配组成特征。结果表明，河床表层冻融后的推移质输沙率均高于无冻融作用的推移质输沙率，据此提出了有冻融影响与无冻融影响下的推移质输沙率比值ζ。研究显示，冻融作用下的推移质输沙率呈有规律变化：剪切力较小时ζ较大，剪切力较大时ζ减小并逐渐趋于1.0;非均匀沙中，随着泥沙粒径增大，各粒径组的ζ逐渐减小;低流量驱动时，冻融作用对非均匀输沙级配组成的影响显著，并随着流量增大而逐渐减弱。本研究剖析了冻融作用对推移质输沙率与级配组成的影响，有助于认识冰冻区河流的河床稳定性与河床演变情势。     

推移质泥沙在植物“柔性坝”上游段的输移特性

通过室内水槽模型试验,研究了植物坝对坝前上游段推移质泥沙输移的影响。结果表明:①植物坝具有较好的阻水拦沙作用;②推移质泥沙输移过程中,泥沙群前端最初呈三角形分布,越靠近坝体,三角形分布越不明显;③植物坝前上游段进口断面输沙率与推移质泥沙的运动速度不是呈简单的线性关系,在相同条件下,可能存在一个临界输沙率,越接近这个临界输沙率,推移质泥沙的运动速度就越快,大于这个临界输沙率后,泥沙的运动速度又会变慢。     

推移质运动的分形与自组织特征研究——Ⅱ推移质输沙率的分形分布及自组织临界性

应用分形列维稳定分布描述推移质输沙率超过某值的概率分布,通过胡春宏等人的水槽试验数据和野外观测数据对理论进行验证,两者基本吻合。通过理论分析和实际数据论证推移质的动态行为具有1/f噪声的特征,颗粒相对跃长和输沙率的空间分布具有多重分形的标度性质。论述了推移质运动的自组织临界性和分形列维稳定分布的物理机制。     

沙质河床推移质输沙率计算研究

沙质河床推移质输沙计算无论在河流动力学的基本理论研究,还是在工程应用方面都有重要意义。本文回顾了前人主要研究成果,认为因推移质输沙率测验精度低而使现有公式多不适用于典型沙质河床,故在阐明推移质与悬移质泥沙交换运动机理基础上,借助因测验精度较高而在学科研究较成熟的悬移质含沙量垂线分布公式,通过向河底外延推求出推移质泥沙输沙率,并充分考虑泥沙粒径、水流强度及水力摩阻特性对沙质推移质输沙厚度的影响,得到了物理概念清晰、形式较为简明的沙质推移质输沙率公式。通过黄河细沙河床实测资料验证结果表明,本文建立的公式比前人推移质输沙率公式具有较高计算精度,可以应用到推移质输沙率测验精度不能保证的沙质河段的河床变形计算。     

长江寸滩站卵石推移质输沙规律

寸滩站是长江干流主要水文测站之一，经分析实测资料，建立了流量与流速、水深、水面宽、卵石推移质输沙率、推移质最大粒径的相关，分别写成指数议程，通过实测资料检验，现有的均匀沙起动流速公式不能反映雨滩推移质起动规律，引进床沙隐暴系数，建立了不均匀库沙级配的起动流速公式，根据流计平均和多元回归分析，建立了雨滩卵石多质分组输沙率的计算公式。按公式计算的卵石推移质输沙率和实测值比较，获得满意结果；根据分组输沙率公式算出的卵石推移质级配线与实测的比较，也得到满意结果。     

沙波运动与推移质测验

本文描述了冲积河流中沙波的发展过程,提出了推移质输沙率时空变化规律,推导了推移质输沙率与沙波要素的函数关系,由实测资料统计确定了体形系数,提出了利用床面高程测验资料推定推移质输沙率(沙波法)的公式及其适用范围.本文最后对如何提高推移质测验精度提出了建议.     

长江上游寸滩站卵石推移质输沙规律研究

以长江上游寸滩水文站14 a实测的卵石推移质输沙率资料为基础,对常见的卵石起动和输沙率公式进行验证。计算结果发现:各公式精度不高,不能准确反映寸滩站卵石推移质输沙规律。对实测资料进行分析整理,引入了以卵石粒径本身为变量的系数,建立了卵石起动流速公式,并对以流速为主要参数的推移质输沙率公式进行修正,建立了适合寸滩站的卵石推移质输沙率公式。验证结果表明所提出的公式具有较好的精度。     

基于数字图像处理技术的推移质输沙率测量方法

针对传统推移质输沙率测量方法只能对水槽末端或某个断面的输沙率进行测量的缺陷,提出了基于数字图像处理技术的推移质输沙率测量方法。使用激光对推移质表面进行示踪,利用导光玻璃消除水面对激光片光源散射的影响,用图像处理技术获得推移质高度,〖JP2〗结合高精度运动机构的运动定位,得到高度随时间、空间的变化量,可快速准确地计算水槽实验中任意断面的推移质输沙率。     

非均匀沙卵石推移质输移随机特性研究

使用天然尺度的实验室渠道观测了在恒定流的条件下非均匀卵石床面的推移质运动变化过程，采集到了更高精度、更长时间序列的输沙率变化过程，分析描述了输沙率统计变化对采样时间的依赖性。实测推移质输沙率的脉动现象十分剧烈，且当采样时间越小时，这种脉动现象越剧烈。来流为4300l/s，采样间隔分别为2min、5min与10min情况下，输沙率脉动值较平均值分别大约4.8倍、3.3倍与2.7倍；来流为5500l/s，采样间隔分别为2min、5min与10min情况下，输沙率脉动值较平均值分别大约3.2倍、2.1倍与1.9倍。卵石推移质单宽输沙率的离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值均随采样历时与无量纲希尔兹切应力的增大而减小。利用本次试验成果，通过多元线性回归得到的卵石推移质单宽输沙率的离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值与采样历时以及无量纲希尔兹切应力的关系式可为工程应用提供参考。     

床面粗化对推移质输沙率和级配的影响

由于推移质在床面运动,床面形态对推移质运动有重要影响。为研究床面粗化对推移质输沙率和颗粒级配的影响,开展系列水槽试验,挑选具有代表性的数据和视频,采用图像识别技术分析床面图片、计算床面粗化比等方法分析推移质运动规律。对床面粗化比、输沙率、推移质级配的分析表明:不规则形状的泥沙在床面上运动多为斜线,其运动速度远远小于流速;随着床面粗化程度的提高,床面稳定性增强、输沙率降低;床面在粗化过程中可能出现再次粗化,并在床面粗化过程中动态调整,不稳定的聚集体再次重组,输沙率增高、推移质中值粒径下降。     

基于床沙随机分布的推移质输移统计规律

为了进一步完善推移质输移理论,采用暴露高度、暴露角定量分析床沙分布的随机特性,并通过试验对床沙随机分布特性进行研究。统计结果表明,暴露高度与暴露角均服从正态分布。基于微层起动概率概念及相对暴露高度与暴露角分布规律,建立了泥沙起动概率计算式。根据泥沙颗粒的受力平衡,推导推移质运动速度表达式,并且借鉴Engelund输沙模型的构建理念,推导了推移质输沙率公式,并利用经典的推移质输沙率实测数据检验了公式,表明该公式具有较好的适用性。     

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。     

卵石推移质输沙率计算公式的检验和修正

由映秀湾水电站库区实测卵石推移质淤积量和敞泄冲沙推移质冲刷量,求得各时段平均进出库推移质输沙率,然后分别用进出库断面水力要素对以流速为主要参变量的几个常用推移质输沙率计算公式进行了检验和修正。比较后初步认为,系数修正后的竇国仁公式可用于卵石河床推移质输沙率的计算。