非恒定流清水冲刷输沙规律初步研究

通过波动水流及定常流量的清水冲刷水槽试验,对非恒定流输沙特性进行了研究。分析了洪峰过程中,涨、落水流速、比降、输沙率的变化特性及影响输沙率的主要因素;揭示了加速流和减速流的输沙滞后效应;提出了洪峰输沙量的估算方法以及与洪峰流量输沙等效的当量流量。对人造洪峰设计,河床变形分析计算以及河工模型设计等有一定参考意义。     

泥石流阵流的物质组成、流量过程与形态特征

阵性运动是黏性泥石流的主要运动形式,但对泥石流阵流过程中各参数变化规律的研究较少。以蒋家沟泥石流为研究对象,依据2001年7月8日泥石流监测数据,对黏性泥石流阵流的物质组成、流量过程与形态特征进行了分析。结果表明:泥石流阵流固体颗粒粒径范围较大、以粗颗粒为主,具有良好的分形特征,粒度分维值与泥石流的容重、颗粒含量、分选系数、峰值流量、峰值流速、最大输沙率等特征参数之间有明显的函数关系,说明分形特征可以较好地反映阵流流态变化过程;阵流流量呈先增大后减小的变化规律,流速具有双峰特征,流量、流速的变化虽然不同步但存在相关性,流速限制着流量的变化;流量是影响输沙率的因素之一,输沙率与流量线性正相关;可用泥石流深宽比反映阵流的横向形态特征,阵流流量随着深宽比的增大呈幂次减小。     

珠江三角洲水沙年际变化趋势分析

利用三角洲水文站马口站、三水站、博罗站1954—2011径流量和输沙率资料,统计分析其年内及年际变化规律,采用Hurst系数法对马口、三水站流量序列与含沙量序列进行初步检验,采用非参数Mann-Kendall趋势检验法、线性趋势分析等方法研究马口与三水两站流量与含沙量的趋势。研究表明马口站、三水站年径流量、输沙量年际变异趋势明显变化,博罗站径流量不存在显著的变异趋势,而输沙量变异明显。     

河道水沙变化过程的多重分形研究——以长江重庆河段为例

河道水沙变化过程具有非线性特征,基于长江寸滩站、朱沱站和嘉陵江北碚站(简称"三站")1955-2011年的水文资料,应用多重分形消除趋势波动分析法(MF-DFA方法),研究长江重庆河段水沙变化过程的多重分形特征。结果表明:三站日流量和日输沙率序列具有多重分形特征,该多重分形特征是由序列的长程相关性引起的;日流量序列的奇异谱呈右钩状曲线,小涨落的影响在序列中占优势,日输沙率序列的奇异谱对称,大小涨落的标度行为在序列中基本一致;水沙时序变化的复杂程度可用多重分形谱宽Δα表征,且日输沙率序列的Δα相对较大,变化更为复杂;不同时段水沙序列的谱曲线形状存在较大差异,丰水丰沙时序的谱曲线较宽,顶部较圆滑,Δα较大,枯水枯沙时序的谱曲线较窄,顶部较尖锐,Δα较小。     

蒋家沟阵性泥石流输沙特性初步分析

对云南蒋家沟泥石流1987~1991年的10场共1 271阵阵性泥石流输沙率资料进行归纳分析,认为阵性泥石流输沙基本服从幂律分布。     

黄河干、支流径流量与输沙量年际变化特征

收集黄河流域干、支流21个主要水文控制站1950-2007年间年径流量与年输沙量时序数据,采用TFPW(Trend-free pre-whitening)-MK法检验年径流与年输沙长期变化趋势,并利用贝叶斯变点分析方法诊断时序数据突变点.结果表明,黄河干(除唐乃亥外)、支(除头站年径流外)流年径流量与年输沙量均呈现显著下降;干、支流年径流与年输沙序列下降变化中均存在显著突变点,除干流年径流序列在1968年前后和1985年前后有共同突变点外,其它序列突变点出现时间极少一致;干、支流年径流量与年输沙量的突变式下降是对流域降水变化与人为干扰复合响应的结果.     

非恒定流作用下砾石推移质输移特性试验研究

基于水深与流量的变化率提出了反映水流非恒定强度的无量纲参数P。利用水槽非恒定流输沙同步测试系统试验研究了非恒定流作用下砾石推移质的输移特性。试验资料分析表明,非恒定流作用下的砾石推移质输移具有明显的随机性、间歇性与阵发性。水流的非恒定性对输沙率峰值的脉动性有影响,对P＞0.32的强非恒定流而言,若输沙率样本数少于20,将会给输沙率结果带来较大的偏差。非恒定流作用下输沙率与水流要素变化具有不同步性,并与水流非恒定强度有关。P＞0.32时,输沙率峰值一般滞后于流速峰值;当P＜0.32时,可能出现输沙率峰值先于流速峰值的现象。非恒定流作用下砾石推移质平均单宽输沙率（或输沙量）与单宽流量（或径流量）、非恒定强度参数P有关,随P的增强而加大。     

阵性泥石流泥位过程线的Euler-Lagrange分析

自然界中的泥石流往往表现为多阵次的间歇来流.云南蒋家沟实测的阵性流泥位过程线接近于幂函数,与通常认为的线性函数存在较大误差.本文基于阵性流泥位过程线在Euler坐标和Lagrange坐标下两种形状的转换关系,得到充分发展阵性流的泥位与历时、断面平均流速与泥位之间呈幂律关系,而且两者的幂律指数相关.从实测数据的拟合结果得到前者的幂律指数n约为-0.6417,由此推出后者的指数接近于2.56.最后根据幂律流体的断面流速公式,讨论了泥石流流变指数与n的关系.这为泥石流的流速计算和流变性质等的研究提供了一种全新的方法.     

基于动量守恒的粘性泥石流冲击力计算

目前针对泥石流冲击压力的计算公式均假定泥石流体为连续流体。粘性泥石流的主要流动形式为阵流,其流速和密度的变化规律,目前尚未清楚,采用现有公式误差较大。本文基于动量守恒原理,引入泥石流体微元概念,推导出泥石流冲击力计算公式;采用Hilbert变换这种数字滤波方法对实测的冲击作用信息进行信号处理后,计算出公式所需参量。     

吉林省河流泥沙分布规律分析

通过吉林省内42处泥沙站实测悬移质泥沙资料,主要包括含沙量、输沙量、输沙模数,经分析计算,绘制输沙模数分区图来探讨省内各流域输沙模数的分布规律,以及与流域其他因素之间的关系。输沙模数与集水面积有一定的关系,得出同一流域随着集水面积的增加输沙模数减小。一般河流上游输沙模数小,中下游大。年输沙量主要取决于降水量的大小和时程分配。降水量大且集中的年份,年输沙量就大,降水量小且分散的年份,年输沙量相对偏小。     

汊道演变的水沙过程影响分析——以监利河段为例

长江中下游许多汊道河段主支汊易位频繁,但对产生这一现象的主要驱动机理与影响因素一直争议不休。研究采用距平分析法、Mann-Kendall分析与基于分形理论的极差分析法相结合的方式,详细分析了监利河段1951年-2009年间流量和输沙率时间序列年尺度的变化过程。结果表明,流量及输沙率的Hurst数分别为0.943 0和0.923 9,均十分接近1.0,具有很强的持续性。Mann-Kendall分析发现,输沙率序列无明显突变,流量序列仅在1967年出现突变,主要由上游实施裁弯工程所致。系统分析来水来沙的匹配关系发现,该河段主支汊易位时间与水沙序列匹配状态有明显的相关关系,在"水多沙少"时期,监利右汊为主汊;而在"沙多水少"时期,监利左汊为主汊。     

蒋家沟泥石流年输沙量的拓扑预测

通过搜集整理并作图分析云南东川蒋家沟泥石流观测资料时发现,蒋家沟历年泥石流年输沙量变动幅度大且变动频繁,用一般拟合方法预测效果不理想。拓扑预测是一种预测未来发展趋势的方法,尤其对随时间有较大变化的对象,预测效果较好。本文试采用拓扑预测的方法对蒋家沟历年泥石流年输沙量的资料进行分析,对泥石流年输沙量进行了预测。     

蒋家沟泥石流沟道年际冲淤变化特征分析

为了分析泥石流对沟道冲淤的累积影响效应,根据蒋家沟1999—2014年泥石流沟道断面测量数据对沟道年际冲淤变化特征及影响因素进行了分析。结果表明蒋家沟泥石流沟道断面形态变化主要表现为断面展宽、断面淤积抬高或冲刷降低;沟道宽度变化主要发生于1999—2009年,2009年后沟道宽度相对稳定,沟道冲淤速率逐渐减缓;沟道整体纵剖面曲线呈现下凹型,下凹度不断减小,2009年后下凹度在1.1左右波动,纵剖面整体比降不断增大,2009年后比降增加速率减缓;泥石流输沙规模减小、泥深及流速减小、支沟泥石流汇入、沟道下游排导工程是影响蒋家沟泥石流沟道冲淤的主要因素。研究成果可为泥石流流通及堆积区的防治提供参考。     

粘性泥石流掺气减阻作用初探——云南东川蒋家沟泥石流

根据野外泥石流观测资料 ,分析了泥石流掺气与降粘减阻现象 ,建立了泥石流掺气量与流速的经验公式 ,并根据泥浆掺气降粘减阻的试验 ,揭示了泥石流掺气降粘减阻机理 ,提出了泥石流屈服应力与气体含量及固体浓度的经验公式。本文对解释泥石流减阻 ,预估泥石流流变特性有重要意义。     

蒋家沟入汇河段泥石流堆积与输移特征分析

泥石流堆积及其对主河河床演变和输沙特征影响的研究已有不少成果问世,但基于实地观测数据的具体演化过程的分析研究还不多见,以2008年至2010年蒋家沟入汇段小江河床地形断面监测和采样分析为基础数据,结合泥石流活动的观测资料,对蒋家沟入汇后泥沙物质的堆积及其再起动输沙特征进行了分析。蒋家沟入汇的泥石流固体物质主要堆积于入汇口以下500 m（主河宽10倍以内）的范围内,堆积量的多少与原堆积物被小江冲刷输移的量有关。泥石流物质在被小江输移的过程中沿途落淤而堵塞河道,常常引起主河小江的改道。泥石流物质的堆积使小江在入汇处形成节点,尽管近年来入汇口附近小江河床总体表现为冲刷的趋势,但下游冲刷速度较上游快,导致下游河床比降增大而上游减小,入汇口的节点特征更为突出。     

阵性泥石流的平均流速与加速效应

本文讨论了泥石流的定义和分类 ,分析了不同形式泥石流运动方程的结构特点 ,认为泥石流平均流速公式与曼宁公式结构相似。考虑了粗颗粒平均粒径、泥石流龙头泥位、体积比浓度、不稳定层厚度、泥面相对比降等因素对平均流速的影响 ,并用蒋家沟实测资料和实验室资料进行了验证。最后通过初步实验说明两阵泥石流迭加过程中出现超载孔隙水压力 ,孔隙水压力突然增加 ,且不能及时消散 ,减小了泥石流龙头的阻力 ,出现泥浆飞溅的加速运动。从而可以解释在缓坡 ( 5°～ 1 0°)上泥石流流速能够达到每秒十几米的成因。     

桂林水文站水文资料R/S分析

采用时间序列分析方法中一种重要的无参数估计法--R/S分析法,对桂林水文站2004～2005年的日观测水位、流量数据进行分析,得到298个Hurst指数估算值,进而对Hurst指数进行了分析,结果表明:漓江的水位、流量属于正偏随机游动,都具有较明显的时间记忆性,有一个25天左右的平均循环.     

蒋家沟流域输沙预测模型初探

从时间和控制因子两个角度，初步探讨了蒋家沟流域产沙预测模型，结果表明，由周期预测和控制因子预测组成的综合预测模型，可对蒋家沟泥石流的输沙进行较为可靠的预测，同时，在探讨了模型存在的及有待改进的问题的基础上，还对综合预测模型进行了探讨。     

蒋家沟流域非泥石流活动期的输沙特征

实测2008—2009年间蒋家沟非泥石流时期推移质和悬移质的总量,分析非泥石流时期蒋家沟的输沙特征,结果表明:非泥石流活动期推移质含量极大,年输沙量达3.6万t,相当于一次中等规模泥石流的固体物质总量;泥石流对推移质和悬移质含量影响很大,泥石流之后,河道内悬移质和推移质含量呈衰减趋势,其中悬移质呈负幂指数衰减y=y0exp(-bx),推移质衰减速度大于悬移质;推移质粒径范围雨季和旱季差别较大,悬移质则相对一致,悬移质和推移质粒径分布均满足对数高斯分布y=aexp(-(x-b)2/c2);悬移质具有良好的分形特征,能得到其分维值范围,并确定悬移质分形的无标度区的界限,即划分床沙质和冲泻质的临界粒径为16μm,大于和小于该粒径的颗粒组成均具有较好的分形特征。     

泾河张家山站水沙多时间尺度分析及输沙量模拟

为了掌握泾河水沙变化的基本规律,运用EMD方法对泾河张家山水文站1958—2011年的年径流量及年输沙量序列分别进行了多时间尺度分解,依据实测年输沙量数据,应用时间序列分析方法建立了年输沙量模拟模型。泾河年径流和年输沙量的时间序列均可分解为3个不同波动周期的振荡分量和一个递减的趋势分量;年输沙量模型适用性较好,且模拟精度较高,可应用于年输沙量预测。泾河水沙多时间尺度变化的特征分析和输沙量预测可为泾河水资源规划提供科学依据。