镫口扬水灌区总干渠泥沙特性及冲淤规律研究

引黄灌区渠首泥沙淤积影响灌区正常运行,而灌区特有的来水来沙特性又影响着渠道的冲淤变化。以镫口扬水灌区总干渠为研究对象,通过对2015年不同灌水期含沙量沿程和垂线分布、泥沙颗粒级配等特性进行研究,结合张红武泥沙沉速公式及起动流速计算方法,分析了总干渠泥沙沉速及起动流速的特征及影响因素。结果表明:悬沙中73.7%以上为冲泻质,沉速均小于0.002 m/s,春灌期含沙量在渠首段明显降低,导致泵站出水口至伊泰桥段淤积严重;春灌和秋灌中粗颗粒泥沙含量高,导致含沙量垂向分布较夏灌一水、二水明显变化大;受水温及粒径影响,春灌期泥沙起动流速呈现先减小后增大的规律。     

水流流速与泥沙起动概率关系研究

通过对泥沙颗粒在水流中的受力情况的分析,推导出泥沙处于临界起动状态时的近底水流流速。运用概率论的思想,建立其与泥沙起动概率的关系,并根据指数垂线平均流速公式将近底流速转变为容易测量的垂线平均流速,使得泥沙的起动概率可直接通过测量水流速度来确定,为泥沙起动的概率研究提供了一个很好的工具。     

泥沙起动过程中床面切应力与含沙量关系的试验研究

以长江口细颗粒泥沙为样本进行环形水槽起动试验,给出了三组不同中值粒径泥沙的起动流速和临界起动应力,同时用湍动能法(TKE)估算不同含沙量水体的床面切应力,给出了泥沙起动过程中床面切应力与含沙量之间的关系。床面切应力随着含沙量的增加而增加,当含沙量达到某一浓度后,床面切应力增长缓慢,随着含沙量的再增加,床面切应力再次迅速增高,而不同中值粒径的泥沙,增长速度并不一致,说明泥沙对床面切应力的影响并不仅仅表现在含沙量上,粒径大小也是影响床面切应力的重要因子之一。     

电厂取、排水工程相关泥沙问题研究

通过总结近年来长江沿岸电厂取、排水口工程的模型试验研究成果,并以某电厂为例,指出了电厂取、排水工程应考虑的主要泥沙问题,即取、排水河段的河势、取水工程头部河底高程变化、取水口含沙量、临界不淤流速、泥沙起动流速等。为保证电厂安全、可靠、经济运行,提出了相应的工程措施:顺应河势选择取排水工程的合适位置,根据模型冲淤试验成果调整取排水口高程,采取适当的引水防沙措施和优化运行方式,提出管道内的临界不淤流速和起动流速等。     

泥沙起动流速的统一公式

在分析前人泥沙起动流速公式的基础上,通过理论探讨给出了泥沙颗粒间黏结力与水深引起的附加下压力的表达形式,在进行底部和平均流速换算时引入了张红武基于掺长模型与涡团模式建立的流速分布公式,遂基于黏结力与水深引起的下压力对泥沙起动具有同等重要的影响,以及天然河流泥沙运动的特征值,确定了公式的待定系数。从理论上建立的泥沙起动流速统一公式,不仅可概括粗细沙,而且能反映河床摩阻、含沙量及水温对泥沙起动的影响,并可适用于轻质沙。     

流速与泥沙起动概率关系研究

泥沙的起动概率研究，首先直接利用对泥沙颗粒在水流中的受力情况的分析，推导出泥沙处于临界起动状态时的近底水流流速；然后运用概率论的思想，建立其与泥沙起动概率的关系；再根据相关公式将近底流速转变为容易测量的垂线平均流速，使得泥沙的起动概率可直接通过测量水流速度来确定，为泥沙起动的研究提供了一个很好的工具。     

斜坡上泥沙起动流速统一公式的建立

为了建立斜坡上泥沙起动流速的统一公式,基于概率论与力学相结合的方法,考虑了细颗粒泥沙之间的黏结力及附加下压力对泥沙起动的影响,引入起动概率与附加质量力,采用滑动起动模型,从理论上推导了该统一公式,包括近底作用流速和垂线平均流速。通过实测资料验证,该公式的计算结果与实测数据符合较好。与其他公式相比,该公式形式简单,计算精度较高,可以用来计算斜坡及平坡条件下黏性、非黏性泥沙的临界起动流速。     

泥沙起动流速研究

从泥沙起动的特点出发，将瞬时作用流速、起动标准、泥沙颗粒在床面的相对暴露度及附加质量力等影响因素同时引入到推移质泥沙起动中，使分析泥沙起动时考虑的因素更加全面。采用经典力学与统计理论相结合的方法，得到了泥沙起动无量刚切应力公式。并对公式中的系数进行了数值计算。结果表明，该系数并非为一个常数，而是在一定的范围内，且随床面上颗粒的相对暴露度而变。同时，还得到了概括散粒体和粘性细颗粒泥沙的统一的均匀沙起动流速公式的上、下限。说明其系数也是在一个区间取值。 关键词：泥沙；临界切应力；起动流速     

甬江河口细颗粒泥沙起动流速研究

通过收集的甬江河口洪枯季细颗粒泥沙运动实测资料,基于垂线平均含沙量突变处对应的垂线平均流速作为该时刻泥沙起动流速的概念,统计获得不同水沙条件下的细颗粒泥沙起动流速数据;比较经典细颗粒泥沙起动流速公式对甬江河口泥沙的适用性,发现张瑞瑾、沙玉清、窦国仁经典公式的计算结果偏大,唐存本、张红武公式的计算结果偏小,窦国仁公式的计算精度最高。通过分析各公式出现误差的原因,引入泥沙水下容重对黏结力影响的修正项,对窦国仁公式进行修正,收集与甬江河口泥沙粒径范围接近的系列水深变化范围内包括粉沙质和淤泥质的细颗粒泥沙起动流速资料对修正公式进行验证,最终拟合得到可适用于大、小水深下的黏性细颗粒泥沙起动流速公式。     

非均匀沙荫暴作用及起动流速

引入表征床沙位置的泥沙切点公切线与水平面的交角为参数，依据泥沙起动研究床面表层泥沙由静止到运动的临界条件，确定了以公切角变化范围表征的泥沙起动的判别条件。建立了公切角与颗粒暴露度关系式，推导了在平均情况下，以平均粒径代替起动颗粒上游泥沙时的颗粒平均暴露度。把非均匀沙的荫暴作用与其在床面位置和起动粒径相联系，起动力臂以公切角表示，按照指数流速公式形式，根据滚动平衡条件推导、建立了与床面位置相关的非均匀沙起动流速公式。给出了平均情况下相应于不同粒径的公切角计算式。利用13组共133次实验资料对公式进行了验证，证明公式具有较高的精度。     

模型沙起动流速公式的研究

对现有泥沙起动公式的分析表明细颗粒泥沙起动流速大于试验值,本文利用大量的模型沙起动流速试验资料,对不同材质、粒径的各种模型沙,建立了起动流速的通用计算公式,该式与试验资料吻合良好。通过研究模型沙的起动状态与起动流速的变化规律,指出模型沙个别起动、少量动、普遍动对应的起动流速间具有线性关系,进而给出了模型沙不同状态的起动流速计算公式。     

宽级配非均匀沙运动特性研究

为了探索泥沙在水力作用下的运动规律,通过水槽试验,对均匀沙、连续和不连续宽级配非均匀沙的沙床发生起动和冲刷的运动特性进行了观察和对比分析。将均匀沙的沙莫夫公式加以推广,表征了非均匀沙各级运动对应的临界流速与水深及各材料参数的关系,拟合得到了不同种类的沙床发生各级运动对应的临界流速系数。计算结果与试验现象的对比分析表明,与均匀沙相比,连续宽级配非均匀沙一旦发生起动,其颗粒运动更容易加剧形成冲刷;而缺粒径段的不连续宽级配非均匀沙,由于大颗粒的荫蔽阻挡作用,冲刷较难形成。     

长江泥沙起动流速公式探讨

本文在以往研究的基础上,从应用的角度出发,对长江泥沙起动流速进行了初步分析,根据长江泥沙实测资料,提出了长江不同种类泥沙的起动流速计算公式,可供工程应用参考。     

泥沙起动流速的随机分析

泥沙起动流速是河流泥沙动力学基本概念之一,对泥沙运动及河床冲淤变形研究有着重要意义.天然河流中的泥沙运动多处在紊流状态下,其影响因素极其复杂,具有显著的随机性.本文在总结前人研究成果的基础上,从流体力学层面论述了以作用于泥沙颗粒上的局部流速表示泥沙起动流速的合理性,进一步拓展分析,指出了以往公式的不足,给出了以局部点流速表示的包括散粒体与粘性颗粒在内的全沙起动流速公式,继而与各家公式作了对比;基于随机理论,给出了泥沙普遍动、少量动、个别动的判据,并将均值流速概率化,扩展了泥沙颗粒起动的范围与认知.     

泥沙起动条件及机理的非线性研究

 分析了单颗粒、均匀沙及非均匀沙的起动现象及其机理，认为泥沙的起动属于突变论研究的范畴。从泥沙起动所遵循起动条件的力学规律出发，导出泥沙起动条件方程。在此基础上，利用尖点突变性质对各种泥沙起动现象及机理进行了描述和说明。     

粗细化过程中的非均匀沙起动流速

本文对处于淤交替（粗化细化）过程下的宽级配非均匀沙起动特点进行了分析，文中首先探讨了均匀沙起动流速的表达方式，然后引入非均匀沙暴露高度和泥沙粒径的关系和研究成果，导出了宽级配非均匀沙分级起动流速的计算公式，通过实验资料检验符合良好。     

塑料模型沙起动流速试验研究

通过水槽试验进行了塑料沙的起动流速试验,以5组泥沙为例,推导出沙粒在不同运动状态下塑料沙的起动流速公式,并与3种常用模型沙起动流速公式计算值比较,建议对轻质模型沙起动流速估算时,采用塑料沙起动流速计算公式.     

减速流条件下床面泥沙起动试验研究

减速流在工程上称为壅水,为非均匀流的一种流态形式。减速流下的床面泥沙起动研究成果,在水利工程中有着重要的应用价值。通过该条件下的河道开展概化水槽试验,结合天然实测资料以及4家经典的起动流速公式对比分析,结果表明4家经典公式均较适用于水槽试验中的减速流条件,只是在起动粒径的选择上略有差异。根据水槽试验的成果得出选取取样标准为床面泥沙起动标准具有较好的精确性,选取d₉₅作为起动的代表粒径;并验证了减速流条件下泥沙起动大体满足希尔兹曲线;通过功率起动公式的验证,得到无量纲起动功率为0.019 1,可以将其作为床面泥沙起动的标准。     

砾卵石起动临界条件

阐述了砾卵石均匀沙的运动机理,通过对附加质量力和床面颗粒相对暴露度参数的引入,推得了均匀沙起动无因次拖曳力公式,并对公式中的系数进行了计算。结果表明,在起动状态一定时,该系数并非为一个常量,而是介于某个区间,且随颗粒在床面上的相对暴露度的变化而变。通过转化推得了散粒体均匀沙起动流速公式,同时考虑了砾卵石扁度的影响,其系数同样不是一个常量,同学者们的公式相对照较为合理,该系数包含了其它公式的系数。结论部分可以解释为何不同的作者通过实验所拟合的系数各异,且差别较大,说明文中公式基本能反映均匀沙的起动特性。     

非均匀沙分级起动规律研究

本文对非均匀沙起动机理作了分析，提出适合非均匀沙分级起动的判别标准，运用概率论与力学结合的方法，对起动颗粒的作用力臂进行随机分析，导出考虑非均匀沙隐暴效应的起动概率表达式，藉此建立非均匀沙第ｋ粒级的起动公式，在水槽中对天然水徊颜色沙进行分级起动试验，据以确定隐暴系数，从而获得与均匀沙兼容的起动切应力和起动流速公式。