细颗粒悬沙浓度分布的影响因素分析

从颗粒运动的PDF(概率密度分布函数)输运方程出发建立颗粒相的质量、动量和脉动速度二阶矩方程。对明渠二维恒定均匀流，利用垂向动量方程导出了修正的泥沙扩散方程，表明颗粒脉动强度梯度、升力、有效重力和紊动扩散都影响悬沙运动。理论和数值分析了细颗粒泥沙的密度、粒径、浓度，挟沙水流的水深和剪切流速等因素对泥沙扩散系数和浓度分布形状的影响，并定量分析了细颗粒试验资料，表明传统扩散方程在粒径、剪切流速相对较大、水深和水沙密度比较小的流动中存在较大误差，需要修正。     

黄河动床河道模型的相似原理及设计方法

本文介绍了黄河动床模型试验的基本方法,包括相似条件、变率的选择、模型沙的选配、以及模型加糙方法等。本文认为黄河河床宽浅、泥沙细、河床冲淤变幅大,进行黄河动床模型试验,应该根据黄河的水沙特点及边界条件和试验任务来选择相似准则和模型变率。根据我们的经验,黄河动床模型的变率与水平比尺和垂直比尺之间的关系为,底沙运动相似条件为悬沙运动相似条件为,悬沙比尺与底沙比尺之间的关系为。黄河动床模型的水深不大,形成沙浪后,在主槽内,不必加糙仍有可能满足阻力相似条件,其办法是按照公式(24)选择模型沙及模型比降。按照上述方法,进行了几个模型试验,均取得了河床冲淤、水位变化过程与原型基本相似的验证试验成果。     

泥沙对水流紊动影响的进一步分析

泥沙颗粒对水流紊动的影响是水－沙两相流运动的重要问题之一。本文针对这一问题，从水流紊动的起因出发，分析了泥沙影响水流紊动的基本途径和方式，结合实验资料，主要对含沙量和泥沙粒径影响水流紊动强度的机理进行了探讨。从不出现尾涡脱落的至少能响应一部分大尺度涡的基本条件出发，得到了泥沙颗粒抑制或增强紊动的判别条件，并得出结论：因含有沙粒、水流紊动存在着被削弱、增强、或局部削弱、局部增强３种情况，表面在不同的     

破碎波作用下粉沙悬移质浓度垂向分布的实验研究

通过水槽实验对破碎波作用下驴驹河粉沙和黄骅粉沙悬沙浓度的沿程分布和垂向分布进行了研究,并对实验现象进行了初步分析。实验中发现:在波浪破碎前近底有高浓度含沙水体层,而在波浪破碎后高浓度含沙水体层消失;断面平均悬沙浓度在破碎点附近达到最大,在破碎点前,断面平均悬沙浓度沿程增大,而在破碎点后,断面平均悬沙浓度沿程减小;在波浪破碎前附近,上层水体紊动较强,从而悬起比平坡情况下更多的泥沙,使悬沙浓度不但在下层水体高,而且在上层水体也较高,因此在计算泥沙输移时,应对此更加注重。     

渭河沉积物中重金属释放的动态实验研究

随河流沉积物中重金属释放过程的进行，ＰＨ值所所降低，而溶出碱显著增加，碱度溶出平衡与重金属释放平衡几乎同时完成；通过验发现水流紊动强度提高，溶出碱度与重金属释放强度同步增大，反映了释放过程中重金属碳酸盐结合态的变化规律，实验结果证明，将重金属翻译放过程中泥沙运动看作为平衡沙是合理的，但试验初期，悬沙颗粒组成存在一定程度的沿程细化，悬沙颗粒的沿程细化对重金属释放动力学过程的影响不明显，对颗粒态重金属     

大丰潮滩悬沙粒径组成及悬沙浓度的垂向分布特征

2003年7月中小潮期间使用Midas-400型边界层探测仪在江苏大丰潮滩的细砂滩上对悬沙浓度进行了六层位垂向同步观测,根据实测资料分析了悬沙粒径组成和悬沙浓度的时空分布特征。结果表明,Midas-400型边界层探测仪在测量悬沙浓度时具有较高精度,浊度计的平均测量误差介于±7%。观测期间悬沙粒径组成十分稳定,时空变化很小,悬沙物质来源是影响悬沙粒径组成的主要因素。悬沙颗粒细,粉砂和粘土是悬沙的主要成分,两者含量之和大于99%。悬沙颗粒在垂向上混合充分,Rouse公式能够比较准确的模拟各水层的悬沙浓度。悬沙沉降速度为悬沙中值粒径静水沉降可能速度的22~28倍,絮凝沉降可能是影响悬沙总体沉降速度和悬沙浓度垂向分布的决定性因素。悬沙浓度的垂向分布也可用对数形式表达,根据两个水层的悬沙浓度具有的对数分布关系可以比较准确的模拟其他水层的悬沙浓度。     

疏浚抛泥工程引起的悬沙增量变化分析

由描述工程前后二维悬沙运动的控制方程出发,梳理了二维悬沙增量控制方程的推导过程.利用过程中一系列的简化,阐明了悬沙增量方程与悬沙方程不仅是形式上的不同,其近底泥沙通量项已发生物理意义的改变,且求解的泥沙边界条件也发生变化.工程抛泥若造成沉降机率、沉降速度等参数及物理量发生较大变化,悬沙增量方程能否采用值得重新商榷,因此其适用范围需在计算中加以关注.在本文的实例计算中发现,采用工程前后悬沙运动控制方程比较得到的结果与悬沙增量控制方程计算结果大致相同.悬沙增量方程在实例中得到了较好的应用.     

伶仃洋三维潮流输沙的数值模拟

作者使用垂向坐标变换技术，结合有限差分方法建立了三维潮流输沙的数学模型。为了增加模型的稳定性和减少数值耗散，对悬沙对流扩散方程中的水平对流项采用三阶迎风格式离散。应用本模型对伶仃洋的枯季和洪季的潮流输沙的悬沙场进行了数值模拟，将模拟结果与实测资料进行比较，二者吻合较好。模拟结果分析表明：伶仃洋悬沙运动主要集中在西滩，对伶仃航道影响不大；洪季水体含沙浓度高于枯季；水体含沙浓度沿水深存在浓度梯度，且洪季的浓度梯度明显大于枯季。     

黄河下游"多来多排"的输沙机理与不淤河槽设计

冲积河道的水力几何形态在不同流量时的变化,是床面形态由沙纹逐渐进入高输沙动平整床面,引起的动床阻力变化的结果。当床面形态处于不稳定状态时,河床阻力的变化使水流处于不稳定状态,形成假潮。床面处于高输沙动平整状态时,床面上存在着强烈的底沙运动,较床沙细得多的悬沙不会在河床上落淤,故形成了悬沙“多来多排”的输沙特性。因此,床面进入高输沙动平整的水流条件是控制河床不淤的临界条件。在黄河下游床沙组成的条件下,其流速1．8～2．0m／s可作为不淤设计参数,在比降一定的条件下,可设计出不同输沙流量时的河槽宽度。     

悬移质挟沙能力水槽试验研究

利用0.03 mm黄土和卵石碾成粉末制成的0.03 mm人工沙,0.06 mm黄土,0.13 mm黄沙,共计4种沙样,在槽长33 m,宽1.25 m,深0.5 m,可以调节坡度的钢板水槽内按系统试验方法进行饱和含沙量试验.进槽含沙量较高,含沙量沿程降低,底部泥沙淤积,形成沙波,待水流中含沙量在1～2 h内保持不变时,定义为极限或饱和含沙量.每次试验测定含沙量、流速、水深、水面比降、悬沙颗粒级配、槽底泥沙淤积比降、槽底泥沙颗粒级配等数据,探求细粒泥沙在一定条件下的饱和悬沙含量,即悬移质挟沙能力.试验观测及理论分析表明,在恒定均匀水流条件下,浑水悬沙饱和含沙量取决于悬浮泥沙的沉速、水流流速、水深、水力半径、水面比降、底部淤沙粒径各水沙因子.在寻求挟沙能力经验公式中,除水流本身紊动挟沙外,还应考虑底部含沙量,淤沙粒径,包括糙率(沙波高度)和底沙运动,对输沙的影响,所求得的经验公式包括Velikanov公式诸因子以及底沙受水流剪力流速和底沙粒径的比值的因子.天然渠道资料检验说明了公式的适用性.     

排沙漏斗悬板径向坡度对流场影响的试验研究

为了弄清楚溢流悬板径向坡度改变对排沙漏斗流场的影响,通过物理模型试验方法,利用粒子图像流场测速技术(PIV)对悬板径向坡度分别为0、0.087、0.173、0.259时的排沙漏斗模型三维速度场进行了量测,并结合排沙漏斗工作原理对各工况下的切向速度、径向速度、垂向速度及流线进行了对比分析。结果表明:随着悬板径向坡度增加,漏斗室内旋流强度增大,空气涡面积增大,排沙耗水率降低,泥沙颗粒向室内运动机率增大,淤积在悬板上的可能性减小;悬板坡度对漏斗室内的二次流强度和形成位置影响较大,其中坡度为0.173时二次流最为稳定,坡度为0.259时,无二次流形成,不利于底部泥沙输移至排沙底孔;垂向速度分布结果表明坡度为0.259时过渡区垂直向上流速较少,泥沙落淤悬板或者随流溢出的机会最小,但垂直速度相比切向速度和径向速度而言较小,且过渡区范围很小,对悬板落淤和截沙率的影响可以忽略不计。     

有浮泥水域的平面二维泥沙数学模型研究

近底泥沙存在底沙和悬沙的频繁交换,数学模型难以精确模拟,浮泥的发育更使近底泥沙边界条件趋于复杂,一个有效的平面二维泥沙数学模型需要正确处理挟沙力、起动流速、泥沙沉速等泥沙参数,本文应用罗肇森对浮泥研究得到的理论和经验公式,成功模拟了椒江口和灵江河段的潮流运动及水体含沙量分布特征,合理预测了水下地形的冲淤变化特点,对有浮泥发育的河口及近海水沙模拟研究作了有益的探索。     

水动力作用下太湖底泥的再悬浮通量

对太湖梅梁湾水体开展了两次野外实验,利用沉积物捕获器收集沉积物,研究了太湖悬浮物的沉降特征,计算了悬浮物的沉降通量和再悬浮通量,并建立了其与风速的关系。结果表明：太湖无机颗粒沉降是悬浮物沉降的主要形式。太湖平均风速在8m/s以内时,总悬浮物、有机物颗粒和无机物颗粒的沉降通量和再悬浮通量均呈现随风速增大而增大的特性,风速大小直接影响悬浮物在垂向的分布及垂向的沉降通量分布,并且相关性较好。该结论说明Gansith公式法适合于计算太湖再悬浮通量。     

长江口二维非均匀悬沙数值模拟

针对长江口水流泥沙运动的特点建立了非均匀悬沙的平面二维数值模型。在模型中考虑了波浪对流场的影响和对水流挟沙力的影响 ,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响。悬沙模型建立在曲线坐标下 ,悬沙输运方程采用破开算子的方法求解 ,平流项采用UltimateQuickest格式求解 ,提高了计算的精度。通过实测资料对数学模型计算的悬沙含量进行检验 ,表明它较好地反应了长江口地区泥沙的运动规律     

蓄泥库泥沙群体静水沉降速度研究

本文通过数模对蓄泥库泥沙群体静水沉降速率进行了研究，并得到实验验证结果。这一分析结果最后表明：建立的浓度-沉速时程关系是合理的；考虑浓度变化的泥沙群体沉降过程可分为加速、匀速、减速三个阶段；泥沙粒径、泥沙密度、悬液初始浓度对沉速影响较大，而悬液初始深度影响较小。本文建立的沉速与浓度关系对生产实践具有一定的参考价值。     

基于GIS平台的鄱阳湖采砂区域规划研究

为了分析鄱阳湖区砂源分布情况,为鄱阳湖采砂规划提供资料,对鄱阳湖区悬浮物含量进行了测量。根据泥沙沉速和含量的关系,利用GIS技术,对整个鄱阳湖区的含沙量进行了模拟分析。结果显示：鄱阳湖的悬浮物含量范围为1.553 4 ~ 94.071 6 mg/L,沉速为0.002 7~0.488 3 cm/s;以永修松门山为界,以北地区含沙量较大,以南地区含沙量较小。在含沙量较大的星子县沙岭、永修县松门山和都昌老爷庙地区所围成的三角区域不适宜采砂。通过对生态、航运、采砂经济效益的综合分析,对鄱阳湖区采砂区域进行了初步规划,鄱阳湖的年采砂量不应超过1 100万t。     

Effect of bed roughness on grain-size distribution in an open channel flow

Grain-size distributions of suspended load were studied in a laboratory flume over five sediment beds having different values of bed roughness at three different flow velocities. The experiments had been performed to investigate the influence of bed roughness, flow velocity and suspension height on the grain-size distribution in suspension. This study focuses on the determination of the proportionality parameter β_n in suspension which is the ratio of sediment diffusion coefficient to the momentum diffusion coefficient of the nth grain-size class. An empirical equation for β_n has been proposed which is valid for a wide range of normalizing settling velocity of sediment particles and bed roughness. Also, the bed roughness effect is studied on the parameter β for total concentration in suspension and on the reference concentration, which is very important in suspension studies. The Rouse equation with modified β_n and β was surveyed to know the grain-size distribution and total concentration in suspension that agreed well when compared with the experimental data.     

Sediment deposition in constructed wetland ponds with emergent vegetation: laboratory study and mathematical model.

Retention of suspended particles by settling is among the main physical treatment processes in constructed wetland ponds. Laboratory experiments were conducted to study the transport and deposition of suspended particles in the slow, near-stagnant flows typical of constructed wetland ponds with emergent vegetation. The presence of stems was found to create a velocity field which is much more uniform than its counterpart without vegetation. This property was used to obtain an approximate mathematical model, for which an analytical solution could be given to describe sediment transport and deposition. The deposition rates predicted by this formula were compared to the data from the above-mentioned laboratory experiments and found to agree closely.     

排沙漏斗悬移质泥沙运动数值模拟

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施。为了探明排沙漏斗悬移质泥沙运动特征和排沙机理,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了排沙漏斗水气沙三相流动,其中水相和气相采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法描述,悬移质泥沙用颗粒轨道模型描述。通过对计算的悬移质含沙量垂向分布与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。计算结果表明:在漏斗室外侧区域含沙量分布整体上较均匀,在漏斗室内侧区域的近底部存在一个明显的高浓度带。作者认为,上述排沙漏斗悬移质泥沙含沙量分布特征主要是由排沙漏斗内的二次流引起的。