浮泥水域水流挟沙力公式初探

浮泥发育水域水体的含沙量通常变幅较大,无法与水流流速建立良好关系.在分析浮泥水域含沙量时空变化特征及常用挟沙力公式的基础上,提出了以浮泥重度为参数的挟沙力公式.该公式建立了浮泥水域水体含沙量与浮泥床面泥沙条件的关系,使泥沙数学模型中泥沙输运过程的数值模拟结果更加符合实际情况,有助于提高泥沙数值模拟精度.     

小浪底水库浮泥对后期异重流运行响应的研究

小浪底水库在近库底形成浮泥层后不仅影响当次洪水泥沙输移,而且对后期洪水泥沙输移产生影响。人们对水库浮泥层从未开展过研究,还无统一的认识,因此对该问题进行深入分析,对水库减淤及排沙具有重要意义。采用理论分析和试验模拟相结合的方法,重点研究了小浪底水库浮泥的形成条件、流变特性、平衡坡度以及对后期异重流运行的响应。结果表明:小浪底水库浮泥是接近水库底部的一层高含沙水体,它与上层水体间有明显的界面,且具有很强的流动性;其宾汉极限剪应力、刚度系数、平衡坡度都与容重有着密切的关系;后期洪水产生的异重流能量足够大时,可推动前期水库浮泥并排沙出库。     

强潮河口拦门沙航道回淤及治理措施

针对瓯江口边界地形复杂、岛屿众多、口门以上河段存在高含沙量浑浊带以及底沙级配分布宽的特点,分析了强潮河口拦门沙演变规律及成因,应用波浪与潮流共同作用下的二维泥沙数学模型,研究拦门沙航道开挖后的回淤及治理措施。数学模型中引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,给出了波浪作用下浮泥引起航槽回淤的模拟方法。在瓯江口潮流与含沙量验证基础上,进行了拦门沙航槽开挖后悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的验证计算,计算的淤积厚度及沿航线分布趋势与实测值比较接近。在此基础上,研究了瓯江口拦门沙航道治理原则、措施及工程对水动力泥沙环境的影响。     

波、流共同作用下的近底泥沙输移及航道骤淤预报

波、流(包括潮流和风吹流)共同作用下的输沙机理是波浪轨道速度掀沙与挟沙，波浪传质速度、潮流速度和风吹流的合成速度输沙。根据波动水流能量及泥沙运动原理，参考窦国仁推导底沙输沙率的方法，推导出波浪、潮流和风吹流共同作用下的底沙输沙率公式。对于细颗粒泥沙，底沙输沙实质上是近底泥沙(包括浮泥)的输移；应用本文公式对大风期黄骅港外航道的骤淤进行验证计算，得到与天然较符合的结果。另外，根据近年的实践，改进以前的浮泥输沙公式，给出二种输沙的计算模式。本文是作者1987年以来研究此问题的总结。     

波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模型

针对河口海岸地区波浪与潮流运动的特点,将波浪过程概化为潮周期中具有平均意义的波浪流要素,叠加到潮流运动方程中,以模拟长时段的水流运动及泥沙场的变化,建立了波浪与潮流联合作用下二维泥沙数学模型,包括贴体正交曲线坐标系下水流运动方程、非均匀悬沙、底沙输移方程、初始条件、边界条件、动边界技术及数值计算格式,引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,波浪作用下的挟沙能力采用窦国仁公式,浮泥挟沙能力采用罗肇森公式。计算的瓯江口、温州湾潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下瓯江口拦门沙航槽开挖后潮流与风浪作用下悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的模拟问题。     

引黄灌区渠网泥沙数学模型

引黄渠系一般比较复杂．渠系的泥沙淤积详细模拟比较困难。本文通过建立引黄灌区渠网泥沙数学模型，对引黄渠系的泥沙淤积问题进行了模拟研究．渠系分水分沙与泥沙淤积模拟结果与观测结果符合良好。利用该模型就引水流量和引水含沙量对渠系泥沙淤积的影响进行了模拟研究，得到了相关曲线，增加了对渠系泥沙淤积影响因素的认识。水流泥沙数学模型可以作为研究引黄渠道的泥沙淤积规律的有效手段，可以应用于沉沙措施、调度运行方式研究等方面。     

平面二维悬沙数学模型计算河口闸下淤积的缺陷及弥补方法

分析了感潮河段闸下淤积机理及用平面二维悬沙数学模型模拟闸下淤积存在的缺陷．提出采用分析模式预测近闸段的泥沙平均淤厚,其余河段由平面二维悬沙数学模型预测淤积分布相结合的方法．实例分析表明,该方法可为河口建闸可行性研究提供依据．     

椭圆余弦波作用下沙纹演化的试验研究

在波浪水槽中对椭圆余弦波作用下沙纹形成及动力机制进行试验研究。采用不同粒径(0.16mm、0.4mm、1mm)的3种非粘性泥沙在相同的条件下进行试验,随着粒径的增大,泥沙越难起动,观测范围内的沙纹个数也越多,相应的尺度越小。对粒径为0.4mm的泥沙进行研究,得出沙纹波长、波高与时间成正弦周期关系。对比平底和沙纹波谷的近底剪应力,沙纹波谷处的剪应力是平底时的1.4倍。沙纹的成因不单是水流与泥沙相互作用的结果,其周期性还受反射波的影响。沙纹波陡与波浪水质点近底床水平运动方向的轨迹直径、波浪流的无量纲切应力等呈函数关系,其对称性与波浪的底部质量输移速率和水质点近底床的水平方向运动速率的比值有关,随着比值的增大,沙纹的不对称性增大。     

径流与潮流对长江口泥沙输运的影响

本文首先建立了一个一维水流、二维泥沙数学模型，以长江口南港北槽为实际背景，研究了径流和潮流共同作用下，泥沙输运的规律，讨论了泥沙近底边界条件，认为非恒定情况下泥沙底边界条件应考虑沉效应。     

河口海岸近底泥沙的超声波特性

通过在试验室里进行的用超声波方法识别浮泥和部分固结的细颗粒泥沙底床的试验，发现粗、细颗粒泥沙在声速和声衰减方面表现出明显不同的特性。试验表明，超声波方法检测水沙交界面具有较高的分辨率并可用于对细颗粒泥沙底床固结状态的研究。尽管该测量方法有待进一步改进，但它为野外测量提供了一种新的手段。     

边抛疏浚浮泥对河口地区航道淤积的影响

概述河口海岸地区航道附近浮泥存在成因及研究现状 ,将浮泥作为宾汉体 ,根据双层流模型的运动基本方程 ,推导出一维定常状态下浮泥运动速度与浮泥厚度、上层水流运动速度、底面坡度、浮泥密度、浮泥脱水速度、浮泥上层水体悬沙浓度、悬沙沉降速度、水深之间的关系及非定常状态一维浮泥运动简化方程。并对长江口北槽下段某处航槽边抛疏浚弃土中浮泥在不同水流作用下的运动进行分析计算     

重金属污染物动态吸附试验及数学模拟

本文采用泥沙动力学中Ｒｏｕｓｅ等人用来研究泥沙浓度沿垂线分布的装置。对泥沙吸附重金属污染物进行了动态模拟。试验分有底泥和无底泥两种情况。研究中发现在Ｒｏｕｓｅ装置的水力、泥沙条件下泥沙吸附重金属污染物达到平衡状态需要６小时以上，由极坐标下的重金属迁移转化数学模型方程，在本文具体试验条件下进行数值求解，计算结果和试验结果合良好，说明数学模型是正确合理的试验是可靠的。计算时依据室内静态试验结果，对动态     

Estimating Sediment Budget at a River Basin Scale Using a Process-Based Distributed Modelling Approach

The paper presents a process-based distributed modelling approach for estimating sediment budget at a river basin scale with partitions of suspended and bed loads by simulating sediment loads and their interactions. In this approach, a river basin is represented by hillslopes and a network of channels. Hillslopes are divided into an array of homogeneous grid cells for modelling surface runoff and suspended sediments. Channels are defined by incorporating flow hydraulic properties into the respective hillslope grids as sub-grid attributes for modelling both suspended and bed loads. Suspended sediment transport is modelled using one dimensional kinematic wave approximation of Saint-Venant’s principles of conservation of mass and momentum. Transport capacity of runoff or streamflow is used to set the limit of suspended sediment transport rate. Bed load in channels is estimated based on the instantaneous water and hydraulic parameters. Fractional interchange between suspended load and bed load is then back calculated. The performance of the model was evaluated through a case study application in a large river basin in Japan. The model satisfactorily calculated the sediment transport and total sediment budget in the basin. The simulated bed load was found to be reasonable and consistent with the water flow and suspended sediment flux. The results showed the bed load can be expressed as a linear function of the suspended load. The fractions of different sediment loads also exhibit linear relationships with water discharge for the rising and recession limbs of the flood hydrographs. The case study has demonstrated that the process-based distributed modelling approach can efficiently describe the basin-scale sediment budgets with due consideration of the suspended and bed loads and their interactions in the hillslopes and channels.     

平面二维溃坝水沙输移动床数学模型研究

为数值模拟溃坝洪水作用下泥沙输移及河床变形,建立了无结构三角形网格的平面二维水沙耦合数学模型。水动力学模型采用浑水流动方程,考虑了泥沙输移及床面冲淤变化对水流动量的影响;泥沙输移采用不平衡泥沙输移模式。模型数值计算格式采用守恒性较好的有限体积法,单元界面的对流通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算,扩散通量采用中心格式,不平衡泥沙输移方程采用坡度限制的二阶空间精度格式离散。模型经经典算例和小尺度瞬间全溃的动床实验资料检验,水面、床面及流速等计算结果与实验资料或解析解等比较吻合,分析了动床与定床水面及洪水传播速度的差异。在上述检验的基础上,采用动床模型对某河道型水库溃坝诱发的水沙运动进行了数值模拟,结果表明溃坝洪水下水流、泥沙及河床变形发生强烈的相互作用,采用水沙及河床变形耦合的数学模型是必要的。     

非均匀沙的运动机理及输沙率计算方法的研究

本文较为系统地研究了非均匀沙运动机理及输沙率的计算方法，在建立泥沙运动交换模式的基础上，指出现有非均匀泥沙动动流速公式存在的不足并对此作了修正，然后分别讨论了推移质分组输沙率、悬移南分组兵沙力和全沙输沙率的计算方法，得到的有关公式均用实测资料作了验证计算，结果表明它们是合理、可靠的，可在理论研究和生产实践中参考应用。     

Scaling of sediment dynamics in a laboratory model of a sand-bed stream

A movable bed model was designed in a laboratory flume to simulate a mixed load sand-bed stream. The modelling objectives were to reproduce bedload and suspended sediment transport as well as downstream and transverse sediment fluxes in ratios similar to the field site. To meet these objectives the model contained an exact geometric scale and graded lightweight sediments to simulate migrating dunes and suspended load transport. The experiments are somewhat novel in that most mobile bed models have vertical exaggeration, whereas in these experiments exact geometric similitude of channel dimensions was maintained. The goal of this paper is to review the scaling strategy and the level of similarity among dimensionless parameters between model and field. Similarity in dimensionless bed shear stress and the particle Reynolds number enabled the experiments to replicate the dominant sediment dynamics present in the stream during a bankfull flow. There was a conflict in the strategy, in that grain roughness was exaggerated with respect to nature. However, the paper shows that geometric similarity of bedforms and the resulting drag is much closer to what is predicted for nature. In addition, measurements of sediment transport are compared to values computed from well-supported formulations, which is shown to reinforce the validity of the scaling strategy. Lastly, criteria for movable bed equilibrium are defined and it is shown that lightweight sediments contributed to the rapid development of near-equilibrium conditions. Overall, the paper shows a methodology that can be used to model mixed load streams at an exact geometric scale.     

局部冲刷坑发展过程的泥沙输运特性

为揭示水流作用下沙质河床结构物周围床面冲刷过程中的泥沙输运特性,采用三维紊流、考虑推移质和悬移质运动的河床变形数值模拟,研究了清水冲刷和动床冲刷条件下,墩柱型结构物局部冲刷过程中悬移质和推移质泥沙输运贡献及其与马蹄涡流特征量、床面切应力以及泥沙悬浮指数的相关性。研究发现,清水冲刷条件下,悬移质输运占比较小,推移质泥沙输运占优;动床冲刷条件下,悬移质输运的贡献随悬浮指数的减小迅速增大;冲刷过程中悬移质和推移质输沙率与床面切应力变化趋势一致,结构物周围局部切应力的大小与马蹄涡涡量呈正相关关系。     

A new model for predicting bed evolution in estuarine area and its application in yellow river delta

This article discusses the process of sediment transport and proposes a morphological model to predict the bed evolution in estuaries.The hydrodynamic module is based on an existent model-Depth Integrated Velocity And Solute Transport (DIVAST) and the wetting and drying method is adopted to deal with the moving boundary.Both cohesive sediment and non-cohesive sediment are taken into consideration in the sediment transport module with the capability of simulating the transport of graded sediments under non-e...