江苏沿海悬浮指标特性及含沙量垂线分布公式的选取

基于大范围江苏沿海悬沙含沙量实测资料,拟合各经典含沙量垂向分布公式,分析悬浮指标的影响因素,结果表明,江苏沿海夏季的悬浮指标远大于冬季,且大小潮以及涨落潮对悬浮指标的影响具有地区差异性。此外,悬浮指标的拟合与公式选取有关,Laursen公式拟合计算出的悬浮指标最大,其次是Tanaka-Sugimoto公式。对各公式的含沙量计算结果进行分析可知,Laursen公式计算出的含沙量最大,其次为Tanaka-Sugimoto公式,而Rouse公式计算结果最小。最后分析了含沙量垂向分布公式在时空差异上的最优选取,结果表明江苏沿海北部以Lane-Kalinske公式为主,而南部则以Rouse公式居多;夏季较多采用Rouse公式和Lane-Kalinske公式,但冬季则以Lane-Kalinske公式和Laursen公式为主,该结论可为今后江苏沿海局部地区进一步的科学研究及工程应用提供一定帮助。     

悬移质含沙量沿垂线分布理论研究综述与检验

关于悬移质含沙量沿垂线分布有多种不同的理论及分布公式。对各种悬移质含沙量沿垂线分布理论进行总结分析,并对Rouse公式、张红武公式、张小峰公式用实测资料进行对比研究,发现张小峰公式在含沙量较小时精度较高,张红武公式在含沙量较大时精度较高。     

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。     

长江口主要水道洪季悬沙有效沉速分布研究

通过对长江口六条主要水道洪季泥沙实测资料的分析整理,得出含沙量垂向分布近似呈指数分布,同时含沙量在平面上呈现出区域性变化的特点.由此,运用Rouse公式分别计算长江口各主要水道的悬沙有效沉速,结果表明,悬沙有效沉速基本在2.00～9.00mm/s之间变化.     

长江口悬沙有效沉速时空变化规律

通过长江口肖山—口外实测资料研究悬沙有效沉速的变化规律,结果表明:整个水域悬沙垂向分布近似符合指数型分布,采用Rouse公式计算悬沙有效沉速变化,洪季和枯季悬沙沉速自肖山—南、北港河段为减小趋势,且涨潮悬沙有效沉速小于落潮;无论洪季或枯季,大潮与小潮的涨潮悬沙沉速均接近,落潮悬沙沉速则大潮大于小潮;平面分布上,北槽悬沙有效沉速大于南槽,两者均存在1个悬沙沉速较大区域,恰为滞流点和滞沙点活动区域,即最大浑浊带发育区域;计算得到肖山—口外洪季悬沙有效沉速变化范围为1.60～7.94 mm/s,枯季悬沙有效沉速变化范围为2.40～6.38 mm/s.     

基于紊流掺混理论的含沙量垂线分布

基于紊流掺混理论,根据尼古拉兹试验数据拟合了一个新的掺混长度公式,新公式计算结果和试验数据的相关系数为0.997。采用Rouse公式的两个假定并结合扩散方程,得到了一个新的含沙量垂线分布公式,该公式在区间(0,h]内形式一致,结构较为简单,同时克服了Rouse公式在水面处含沙量为0的缺陷。通过浙江台州、山东日照等近海海域实测资料的验证,表明新的含沙量垂线分布公式能够客观地反映悬移质含沙量沿垂线的分布规律。     

三峡工程蓄水后长江中游泥沙输移规律分析

三峡工程蓄水后"清水"下泄,长江中游含沙量将会长期处于严重不饱和状态,水流含沙量沿程恢复将会引起长江中游长距离冲刷,本文根据三峡工程蓄水以来的实测资料分析长江中游泥沙输移变化规律,得到以下结论:在"清水"冲刷下荆江三口分流分沙比无明显变化趋势,江湖水沙分配对长江中游含沙量恢复影响较小;其中d0.125mm粒径沙量在长江中游沿程缓慢恢复且恢复程度远小于蓄水前,这是坝下游河段发生长距离冲刷的根本原因;而d0.125mm粒径沙量在宜昌-监利河段恢复速率较快,且在监利站附近该粒径含沙量基本恢复饱和,这也造成冲刷重点集中在荆江河段。     

南黄海辐射沙洲西洋水道垂向流速分布计算研究

利用传统对数分布描述潮流垂向流速分布时,常与现场实测资料有所偏差。考虑到悬沙垂向分布不均造成的水体分层效应,引入水体分层参数对动量传递系数进行修正,将悬沙垂向指数分布公式应用到流速分布计算中,推导出悬沙梯度引起水体分层效应时的垂向流速分布公式。与南黄海辐射沙洲西洋水道实测流速数据的对比分析表明,该分布与实测数据的相关程度明显高于传统对数分布,垂向流速分布结构更加符合实际情况。由于悬沙在水体底层的减阻作用,得到的摩阻流速小于由对数分布得到的摩阻流速,可以真实反映西洋水道内潮流底部的摩阻特性。     

三峡水库蓄水后长江中游河床粗化及含沙量恢复特性分析

三峡水库蓄水后清水下泄,长江中游含沙量将长期处于严重不饱和状态,水流含沙量沿程恢复将会引起长江中游河道长距离冲刷。根据三峡水库蓄水以来实测资料,分析了长江中游河段河床粗化与月均含沙量恢复的特性。结果表明:三峡水库蓄水运用以来,宜昌-枝城河段床沙粗化明显,河床已基本以卵石为主;枝城-监利河段河床粗化较为明显;监利-螺山河段、螺山-汉口河段河床有一定程度粗化。三峡水库蓄水运用后,d0.125 mm粒径沙量在长江中游沿程恢复缓慢且恢复程度远小于蓄水运用前,d0.125 mm粒径沙量在宜昌-监利河段恢复速率较快,且在监利站附近该粒径含沙量基本恢复饱和。宜昌-监利河段月平均含沙量恢复达到最大值,监利-螺山河段月平均含沙量以减小为主,而螺山-汉口河段月平均含沙量变化不明显。研究成果为将来水库下游不平衡输沙的深入研究提供了参考。     

含沙量沿垂线分布的简算法

本文以指数流速分布公式为基础,推导出悬移质含沙量沿垂线分布扩散系数εy的计算公式,与各家泥沙扩散系数εy作了分析比较,并导出了含沙量沿垂线的分布公式,克服了Rouse公式在水面含沙量为零的缺点。结合西北特点提出黄土地区悬移质含沙量分布规律,引用黄河实测资料验证公式结构正确,计算方法简便。     

长江口悬沙含量垂向分布数值模拟

根据长江口北槽和南槽实测的水沙资料，利用垂向一维悬沙数学模型模拟了长江口悬沙含量及其分布，并对摩阻流速和临底悬沙含量进行了简要分析。结果表明，计算值与实测值较为吻合。     

Effect of the Three Gorges Reservoir on vertical distribution of suspended sediment concentration and estimation accuracy of depth-average concentration in downstream reaches

The sediment regime in the middle Yangtze River has been significantly changed from quasi-equilibrium to nonequilibrium since the impoundment of the Three Georges Reservoir (TGR). To understand the effects of the TGR on vertical distribution of suspended sediment concentration (SSC) and estimation accuracy of mean concentration, vertical sediment concentration and flow velocity data at the Shashi and Jianli hydrological stations in the reach before and after the impoundment were collected. Comparisons and analysis of vertical profiles of SSC before and after the TGR impoundment show that after the impoundment of the TGR, due to the coarsening of sediment particle size, the reduction in sediment load, and the significant decrease in sediment saturation, the vertical distribution of SSC in the downstream reaches became more uneven under medium and low water flows, which was reflected in the vertical gradient and the fluctuation degree of SSC significantly increased. In addition, the depth-average sediment concentrations were calculated by the selected-point method and the mean values calculated by the “multi-point method” were regarded as the “true mean” to evaluate the accuracy of the mean value calculated by the “few-point method.” It was found that the relative errors for the selected-point method were mainly positive before impoundment but mainly negative after impoundment. Additionally, the correction factors of one-point, two-point, and three-point methods and the position of the near-bed substituted point for the five-point method were given to reduce the error when the point measurements were used to calculate the depth-average sediment concentration in the downstream reaches.     

对悬移质含沙分布Rouse公式沿垂线积分的研究

文中着重研究了悬移质泥沙分布Ｒｏｕｓｅ公式沿垂线的积分问题，给出了悬移质垂线平均含沙量与底部含沙量的比值函数，并给出了此函数的计算方法。     

基于Rouse公式的紊流区悬沙粒径级配垂线分布规律

基于Rouse公式及紊流泥沙沉速公式,分别推导得到了紊流时的悬沙粒径及级配垂线分布公式,前者直接量化了泥沙“上细下粗”的垂线分布规律,后者则可用于计算不同水层及垂线上总的悬沙粒径级配。通过实例,应用粒径级配计算公式得到了不同水层的悬沙粒径级配。结果表明:泥沙粒径“上细下粗”的分布规律明显;在越远离床面的水层,细颗粒所占的比重越大,粒径分布越均匀。当考虑悬浮高度影响时,以最大粒径悬沙的最大悬浮高度为界,该高度之下级配“等宽”,该高度之上级配“上窄下宽”。     

近50年来长江中游泥沙输移变化

 对1950年以来长江中游泥沙输移资料作了初步分析。分析结果表明：20世纪60年代下荆江裁弯后,三口(松滋口、太平口、藕池口)分流分沙减少,下荆江径流量和输沙量相应增加,洞庭湖泥沙淤积减少;80年代中期以后,长江中游干流及洞庭湖出口的年输沙量呈减少趋势,城陵矶至武汉河段河床由淤积转为趋向冲淤平衡三峡工程初期蓄水运用后,长江中游含沙量沿程恢复距离较长,但床沙质部分恢复距离相对较短。     

长江河流研究进展

对1950年以来长江河流研究工作的进展作了简要综述。内容包括:长江流域来沙特性、长江中下游河道演变特点、河道整治的主要经验以及相应的研究成果。指出:长江上游干流悬移质泥沙主要来源于金沙江和嘉陵江,以宜昌站为代表,分别占50.9%和24.0%;长江中下游河道演变受自然因素和人为因素的双重影响,且人为因素日益增强;加强河道演变观测分析,掌握河道演变规律,是实施河道整治工程的基础工作和必要条件;河道整治工程的规划、设计必须与河道演变观测、河工模型试验和数学模型计算相结合。     

长江中游航道整治线宽度确定方法

在对枢纽下游航道整治线宽度研究的基础上,结合长江中游的水沙特点,对影响长江中游航道整治线宽度的各因素进行分析,认为整治线宽度与河宽的比值可表示为整治前后水深比值的指数形式,并采用长江中游周天河段整治线宽度的试验结果来确定指数值,从而得出整治线宽度的计算公式。该公式应用于长江中游周天河段、窑监河段、牯牛沙河段的计算结果表明,该公式适用于三峡水库运行后长江中游浅滩航道整治线宽度的计算。     

水库群联合作用下长江中下游江湖关系响应机制

长江干支流水库群的总库容约占长江入海年均径流量的37.6%,水库群的联合作用改变了进入长江中下游江湖系统的水沙条件,引起江湖系统水沙输移、冲淤演变及江湖关系等发生新的变化,呈现新的特点。本文在综述近年来长江中下游江湖系统水沙输移与冲淤演变特性及江湖关系变化等研究成果的基础上,重点阐述水库群联合作用下长江中下游江湖关系响应机制,形成的主要认识有:水库群联合作用下中下游江湖系统的径流量及比例组成没有明显变化,但输沙量及比例组成发生显著变化,干流宜昌站变化最为明显;中下游河道由自然条件下的中沙河流变为少沙河流,江湖系统由自然条件下的累积性淤积转为持续冲刷,并在较长时期内进行重新塑造与调整;水库群的联合作用对江湖水沙交换与湖区冲淤产生影响,两湖枯水期有所提前,湖区泥沙沉积率显著下降,江湖关系总体趋于向好的方向调整。鉴于长江水沙条件变化的不确定性、人类活动影响的加剧与江湖系统演变的复杂性,今后仍须加强变化环境下中下游江湖系统响应机理研究。     

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。