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。     

明渠湍流床面附近跃移层面颗粒浓度垂线分布

本文以动理学理论的Boltzmann方程为基础，考虑明渠湍流床面附近猝发喷射和清扫运动对跃移层内运动颗粒的不同作用，分析了明渠中泥沙颗粒浓度垂线分布问题，得到了适用于包括跃移层、悬移层在内的统一浓度垂线分布公式。文中着重研究了跃移层内运动颗粒的浓度垂线分布，并将本文结果与实测跃移层内浓度垂线分布及实测跃移层顶部浓度进行了对比，结果表明理论与实验两者符合较好。     

泥沙粒径分布函数的分形特征与吸附性能

应用分形几何原理，从理论上研究了泥沙颗粒的粒径分布特征，将分维作为描述泥沙颗粒的粒径分布特征的参数，给出了泥沙颗粒粒径的分形分布函数，并应用分形分布函数讨论了不同粒径分布的泥沙吸附重金属污染物的问题。     

用粒径的数量分布表征的土壤分形特征

应用计算机图像分析技术，对6个典型土样测定土壤颗粒的等效直径和分布规律，给出用粒径的数量分布表征的土壤分形维数。结果表明：土壤颗粒的粒径分布具有一定的统计分形特征，分维数的数值反映了粒径大小和分布的均匀程度。分维数愈大，土壤颗粒的粒径愈小，细粒含量愈高，质地愈不均匀；土壤颗粒在单一粒级分布的集中程度对分维数的数值有重要影响，单一粒级的颗粒含量愈高，分维数愈大。计算机图像分析技术为土壤的分形研究提供了一种精确、简便的实验和分析方法。     

泥沙的分形表面和分形吸附模型

天然水体中泥沙对污染物的吸附过程对水质影响很大，己成为环境水力学研究领域中的热点问题之一。尽管采用分形理论分析泥沙颗粒表面现象方面取得了许多进展，但泥沙颗粒的分 维与污染物的吸附解吸的热力学和动力学特征之间的关系尚不清楚。针对这一问题，本文首 先介绍了分形几何学的基本概念、分形维数的定义以及分形表面的维数测定方法。并应用分形几何原理，从理论上推导出具有分形表面泥沙的分形吸附方程。这一方程与Freundlich等温吸附方程和Langmuir等温吸附方程相比更具有普遍意义。     

高浊度河口颗粒态重金属对泥沙运动的指示作用

作者根据1994年6月长江口、杭州湾的水质调查资料，分析了这类高浊度河口颗粒态重金属的分布规律。研究表明，在长江口和杭州湾内，悬沙和表层沉积物中Cu、Pb、Cd分布特征相似，尤其在杭州湾中部水域，二者重金属含量呈趋同的态势。细颗粒泥沙是颗粒态重金属的主要载体。在高浊度河口，动力沉积过程为控制颗粒态重金属分布和输移的主要因子，颗粒态重金属的分布对泥沙运动具有指示作用，悬沙和表层沉积物中重金属元素的分布反映了长江口泥沙向杭州湾输移的事实。     

长期降水的分形性质研究

本文运用新兴的分形理论以北京站，广州站１９０８年－１９９７年间降水资源为例，对长期降水否具有分形性质进行了统计分形分析，不仅揭示了长期降水的分形性质，而且探讨了长期降水分维所表征的意义。在此基础上，探讨了其它与之有关而有待解决的深层次问题以及相关的可能应用。     

人工模拟堆石料颗粒破碎的分形特性

人工制备等粒径、不同强度的水泥球颗粒模拟堆石料,进行室内三轴加载试验。依据试验前后颗粒破碎后的粒径分布,采用Tyler等建立的分形模型,研究堆石料颗粒破碎的分形特性,并与Hardin相对颗粒破碎率进行对比分析,探究分形维数表征颗粒破碎程度的可行性。结果表明:排水和不排水条件下得到的结果相似,试验采用的4种水泥含量的试样颗粒在颗粒破碎后的分布特征具有良好的分形特性。同一水泥含量下,随着围压的升高,堆石料分形维数逐渐增大;高围压下,颗粒破碎严重,中间粒径和细粒含量较多,级配更均匀,分形模拟结果与试验结果较低围压下具有更好的线性关系。相同围压下,随着颗粒强度的增大,颗粒破碎程度减小,分形维数随之逐渐减小。通过与Hardin相对颗粒破碎率进行对比可知,分形维数可以很好地表征试样的级配情况,其值越大,级配越良好,粒径分布情况越均匀,颗粒破碎越严重。     

基于湍流猝发的明渠流悬沙浓度分布

泥沙悬浮是湍流猝发直接作用的结果，本文基于这一力学机理，利用湍流猝发平均持续时间和猝发强度构造明渠流悬沙湍流扩散模式。模式涉及的唯一参数线性地随悬沙沉降速度对摩阻流速的比值增大而增大，表征较粗、较重的泥沙颗粒的悬浮需要具有更多能量、持续时间更长的湍流猝发作用与之相适应，物理意义明确。经水槽实验资料验证，本模式可精确模拟悬沙浓度沿垂线的分布。对类似流动中其它异质污染物的湍流扩散，该模式有直接的应用价     

颗粒级配对非饱和红土土-水特征曲线的影响

颗粒级配是影响土-水特征曲线的主要因素之一,探讨这个问题对研究非饱和土的渗流和强度特性具有重要价值。以江西红土为研究对象,人工配制5组颗粒级配不同的土样,基于分形理论研究其分形特征及其分维数,结合滤纸法试验测量土样的土-水特征曲线并求得其特征值,然后分析各特征值与分维数之间的关系。结果表明:对于不同颗粒级配的土-水特征曲线,同一体积含水率下细土颗粒含量越多的土样其基质吸力越大;粗细土颗粒含量不同的土样均具有较好的分形特征;颗粒级配定量指标均随分维数的增加呈现出先增后减的规律;且分维数随着细粒土含量的减少而降低,进气值和残余基质吸力值均随分维数的增大而提高。说明可运用分维数讨论颗粒级配对土-水特征曲线的影响。     

三峡坝前水位过程线特征参数的标定与统计特性

三峡水位周期性振荡是影响库区滑坡变形及稳定性的重要随机变量。通过对2010—2020年三峡坝前水位过程线进行标定,获取水位过程线特征参数的边缘分布类型、分布参数和相关性。运用9条直线段拟合水位过程线,获取库水消落期与回升期的持续时间和变化速率、汛限期前后平台持时、洪峰爬升和下降时长、洪峰水位等14个特征参数。根据赤池信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)识别特征参数的最优分布类型,并利用Bootstrap方法模拟统计不确定性。结果表明:①特征参数均值线克服了水位均值线平均时的削峰填谷现象,可作为库区涉水滑坡变形和稳定预测的的典型水位过程线。②在库水消落期的缓降和陡降、回升期的陡升和缓升4个阶段内,持续时间分别服从威布尔、极值Ⅰ型、对数正态、威布尔分布,均值分别为87.00、47.45、22.18、32.27 d;库水位变化速率分别服从极值Ⅰ型、威布尔、极值Ⅰ型、极值Ⅰ型分布,均值分别为14.53、36.75、74.33、37.88 cm/d;持时和库水位变化速率的Pearson相关系数分别为-0.67、-0.78、-0.85、-0.67。③汛期洪峰水位服从极值Ⅰ型分布,缓降持时和速度之间相关系数均值的变异性较大。研究成果可为库区涉水滑坡的风险分析提供水位信息相关统计特性。     

城市固体废弃物持水特性的室内试验

为了对城市固体废弃物的持水特性进行分析,采用非饱和固结仪对6组人工配制的城市固体废弃物试样进行了土水特征曲线测定的室内试验,同时还采用滤纸法量测试样的土水特征曲线,并对试样孔隙大小分布指标λ进行了分析。试验结果表明:试样的进气值很低,为1kPa左右,荷载作用使进气值升高;λ值随着试样初始孔隙比的增加而减小,随着试样有机物质量分数的增加而增加;使用滤纸法测城市固体废弃物的土水特征曲线时,高吸力阶段的值更加合理,更有参考性。     

黄河高浊度水的絮凝形态学特性

在黄河泥沙高浓度悬浊液中投加阳型高分子聚合物进行沉降试验时，借助电镜观察、图像分析技术与“分维”特征参数，探讨了不同絮凝阶段含沙高浊水絮凝形态学参数的变化规律。结果表明：分形絮体的粒径呈广义的正态分布；絮体自由沉速的变化规律不能用传统的Stokes定律解释；不同泥沙浓度对应的絮凝形态学特性的发展变化规律相似；理想絮体分形结构出现在絮凝过程的中间时段，此时，絮体粒度分布集中、密实程度高、孔隙率小、沉速快、分维值最大。     

碧口水库洪水分析

本文从历年出现的较大洪水对应的天气形势分析入手,概括出白龙江流域大气环流演变特征和暴雨时空分布规律,通过对河网特性分析,河道各河段汇流特征值计算,揭示了碧口洪水特性,为碧口水库洪水调度提供了依据。     

浑江通化站年降水量分析

本文利用通化站67年降水资料,对通化站降水量特征值、多年变化、年内分配及周期性进行了分析计算。     

管涌型尾粉砂临界水力梯度计算方法探讨

尾粉砂的结构构造特点决定了其临界水力梯度大于常规的砂性土,按常规计算公式得到的管涌型尾粉砂的临界水力梯度计算值远小于实测值,因此,常规土的临界水力梯度计算方法并不适用于尾粉砂。通过收集整理尾粉砂的物理与颗粒特征指标,对比分析流土型与管涌型尾粉砂的颗粒级配特征,得到尾粉砂产生管涌的颗粒级配条件。在分析尾粉砂颗粒形态特征、颗粒级配特征、孔隙特征与临界水力梯度之间的关系的基础上,用特定的尾粉砂试样测定发生管涌时的临界水力梯度与孔隙率(比)之间的函数关系,进而导出尾粉砂发生管涌的临界水力梯度的计算通式,最后通过室内试验检验按计算通式计算结果的可靠性。相关试验检验表明,该计算通式的计算结果与室内实测结果基本吻合,可用来估算尾粉砂发生管涌的临界水力梯度,估算值略偏于安全。     

灰色模糊聚类法用于配电网建设规模评估中的地区分类

客观评估地区电网总体建设规模是规划管理者的重要工作，对管理范围内的地区进行科学分类是实现评估的基础。文中在假设已建立评价指标体系的前提下，提出了一套实现地区电网分类的系统方法。首先以统计年鉴数据为依据计算电网规模影响因素对规模因子的灰色关联度,并以此作为其相对影响程度的测度指标，建立描述地区相似程度的特征向量空间；然后以空间距离为测度建立模糊相似空间；最后运用模糊聚类原理完成地区分类。实例分析表明，文中提出的方法简便、实用，结果客观、可靠，可作为宏观控制和指导地区电网建设规模的基本依据。     

格子Boltzmann方法模拟双液滴同时冲击固体表面液膜

采用单相自由面格子Boltzmann方法数值模拟了两个液滴撞击同种薄膜的流动过程。计算格子的液体比例系数来追踪气液界面的形状,表面张力效应通过分布函数的重构来引入。数值模拟中分别考虑了液滴以不同速度、不同中心间距撞击液膜的情况。数值计算了两个液滴同时撞击液膜产生水花、发生飞溅,水花相遇并发生碰撞后的流动现象。分析了液滴冲击速度及其水平距离对上述流动现象的影响。     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。     

鹤地水库设计洪水复核计算

鉴于原设计洪水标准偏低、设计洪水成果采用系列(1958—1990年)较久远,通过延长鹤地和文官两个水文站(1991—2013年)的资料系列,对鹤地水库设计洪水进行了详细地分析计算,特别是对洪水资料的还原处理和对典型洪水的复核确定;从历次成果对比、区域特征参数分布规律、上下游水文站特征参数对比等多个方面对设计洪水成果的合理性进行了检验。本次洪水复核计算对指导鹤地水库今后的防洪度汛等工作提供依据,同时为同类工程的洪水复核计算提供借鉴。