波浪作用下的底沙运动

本文将Ｓｔｏｋｅｓ二阶波理论用于研究底沙运动，提出了改进的输沙率关系式，并运用波谱法和特征波法及规则波作用下底沙运动成果，对不规则波作用下的泥沙起动和底沙输送进行了研究．     

波浪作物下的底沙运动

本文将Ｓｔｏｋｅｓ二阶波理论用于研究底沙运动，提出了改进的输沙率关系式，并运用波普法和特征波法及规则波作用下底沙运动成果，对不规则波作用下的泥沙起动和底沙输送进行了研究。     

波浪作用下非恒定输沙规律研究进展

为了准确计算一个波浪周期内净输沙率的大小和方向,需要研究波浪作用下非恒定泥沙输移规律。介绍了过去20多年国内外学者在大型往复流水道和波浪水槽中开展的非恒定输沙试验以及原型观测结果,总结了相位滞后效应参数的定量刻画以及不同半-非恒定净输沙率模式的构建,探讨了现阶段需要着重解决的关键问题。指出未来需要重点研究不同波况(包括波浪破碎、长波、波流相互作用等)下颗粒的起动延迟或沉降延迟造成的非恒定输沙过程的动力机制,准确刻画泥沙在波浪前、后多个半周期内的交换关系并将其反映在净输沙率的计算公式中;此外还需要深入研究非均匀沙的非恒定输沙过程(包括垂向分选等),并构建相应的净输沙率计算公式。     

泥沙起动判别条件和推移质输沙率

在建立考虑了泥沙起动概率因素的散体泥沙起动流速计算式的基础上，讨论了泥沙起动概率，泥沙平均起动颗粒百分数，泥沙起动流速系数和推移质输沙率之间的关系．若以沙莫夫起动流速公式对应的起动流速系数值作为沙质河床起动临界条件的约定值时，相应的泥沙起动概率为０．１２７１，床面泥沙平均起动颗粒百分数为１２．７１％，无量纲推移质输沙率Φ为０．００３３５．这些结果与实际情况是基本符合的，可作为室内或野外观测泥沙起动的定量判别条件．     

明渠紊流中泥沙颗粒输移的大涡模拟研究

应用大涡模拟、浸入边界法和有限元—离散元联合法,数值模拟了明渠紊流中2-3层紧密堆积的离散泥沙颗粒的起动和输移,计算了不同输沙强度下,泥沙颗粒运动和受力的统计特征、泥沙浓度、泥沙体积通量密度和输沙率,以及流场的速度剖面和紊动强度等。研究发现:泥沙颗粒的起动和输移对紊流的统计特征有明显影响;主流区的泥沙浓度和体积通量密度随高度的增加呈指数下降;颗粒所受平均升力与输沙强度关系不明显,其最大值约为0.6倍的颗粒浮容重;升力的紊动强度随输沙强度等增大而增大,且数值远大于其平均值,紊流结构引起的脉动升力是泥沙颗粒起动的主要原因。     

波浪作用下泥沙运动研究综述

对波浪作用下泥沙起动、推移质输沙率和悬沙浓度分布的基本理论和研究成果进行总结。目前研究成果众多,但是各家学者研究成果的适用条件,表达形式有所不同,从而造成在实际应用中的困难。关于各公式间产生差别的原因有待深入研究,从而找到应用范围更广的公式。对于非均匀沙起动和输运的研究今后应重点关注。对于悬沙浓度分布研究,应更多的针对破碎波。     

基于全概率的推移质输沙率公式

对于床面泥沙而言,起动过程中主要受水流随机性及床面泥沙颗粒相对位置的随机性等两方面因素的影响,其中床面泥沙颗粒相对位置的随机性用相对暴露度表示。在前人研究的基础上,同时将水流的随机性及泥沙相对位置的随机性考虑到起动概率的研究中,采用滑动起动模型,从理论上推导出泥沙起动的全概率公式,弥补了已有研究的不足。然后根据Einstein的假定,从单宽输沙率的定义出发,引入泥沙起动的全概率,得到了床面上泥沙起动的单宽推移质输沙率公式及输沙强度计算公式;通过水槽试验及野外实测资料验证表明,本文公式结构合理,计算精度较高,适用范围更广。     

泥沙起动概率概念及其计算方法

泥沙起动是推移质输沙研究的基础,确定性和随机性研究是其常用的研究方法,二者各有优势和不足。Einstein是泥沙起动随机性理论的重要开创者,由于泥沙起动概率概念较为抽象以及其数据获取较为困难,后续研究者往往批判继承其理论体系,甚至造成部分误解。本文详细回顾了泥沙起动概率模型的发展历程,重新解读了泥沙起动概率这一抽象概念,并提出了一种获取泥沙起动概率数据的计算方法。研究表明,Einstein泥沙起动概率模型与本文搜集资料计算所得的泥沙起动概率数据吻合良好。文末对部分研究者认为Einstein起动概率模型存在的三大缺陷进行了回应,并讨论修正了Einstein落淤率模型,认为基于该模型的推移质输沙率公式的适用性更强。     

波浪作用下细颗粒泥沙密实起动试验

通过室内水槽试验，描述了波浪作用下细颗粒泥沙的起动现象。在规则波作用下，天然沙和轻质模型沙的起动试验资料表明，天然沙的干重度随淤积历时的增长而增大，且起动时的波高和起动流速随泥沙干重度的增大而增加。电木粉的干重度对起动时的波高和起动流速影响很小。     

降低渭河下游泥沙淤积的创新思考——加压液化输沙装置

加压液化输沙装置专利技术，就是将人工管涌串深埋在中泓河底，利用泥沙底层的小流量加压渗流起动泥沙来代替水流拖曳起动泥沙，达到低耗、高效冲沙降槽的目的。文章介绍了加压液化输沙装置的原理，论证了方案实施的可能性及预期效果。     

均匀沙起动标准的探讨

首先根据前人研究成果,对描述泥沙起动状态的3类参数(即泥沙运动强度参数、水流运动强度参数和起动概率)进行了分析,指出起动概率是最基本的参数,其他参数可通过起动概率求得,而无因次输沙率是最实用的参数。分析得出对均匀沙以起动概率p=0.022 75作为起动标准是合适的,相应的无因次起动输沙率Φc=5.35×10-4,与以往的研究成果对比可知,该起动标准有一定精度。     

北江清远河段推移质运动规律初步研究

采用理论分析、变坡水槽试验与实体模型试验相结合的研究方法,针对北江清远河段推移质泥沙特性及运动特性,进行了泥沙起动及输移的水槽试验,并对泥沙的起动与输移规律进行了初步研究。根据起动试验结果,得出了反映颗粒隐蔽和暴露作用的隐暴系数表达式;根据输移试验结果分析了推移质输沙率的特性,并通过与其它公式进行比较,得到适应于该河段的推移质输沙率公式。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同 ,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下 ,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式 ,并进行了合理性分析 ,认为在相同的纵向流速条件下 ,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式,并进行了合理性分析,认为在相同的纵向流速条件下,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

均匀无黏性泥沙起跃概率及输沙率公式

为了探索泥沙颗粒位置对泥沙起跃概率的影响,基于前人对泥沙起跃概率的研究,引入床面泥沙隐蔽角概念。在计入水流瞬时作用流速随机性及床面泥沙随机分布特性的基础上,考虑了泥沙上游支撑颗粒对研究颗粒作用水流的遮蔽作用,基于跃移起动模型,推导出一个新的泥沙起跃概率计算公式;将其引用到Engelund推移质输沙率模型中,得到了新的推移质输沙率公式。经与经典实验资料及其他公式对比分析可知,公式具有考虑因素全面、结构简明、计算精度高等特点,可适用于低、中、高不同强度输沙率计算。     

泥沙起动流速公式在天然河流中的验证

在回顾前人成果的基础上,依据天然河流资料和以轻质模型沙资料,对适用性较强的各家泥沙起动流速公式进行了验证。结果表明:①以某一较小的单宽输沙率作为判别标准即使有一定依据,但在推移质输沙率测验精度很低的前提下,利用具体天然河流资料确定的泥沙起动流速误差也较大;②现有各家泥沙起动流速公式计算结果较为相近,同轻质模型沙起动流速都相差不大,对于天然河流资料也可进行估算;③相对而言,张红武、卜海磊公式,沙玉清公式,唐存本公式,计算结果同实测资料较为接近,可用来计算天然河流起动流速,其中张红武、卜海磊公式的验证结果最佳。     

非均匀沙的推移质输沙率

本文对非均匀程度较大的推移质输移规律进行了研究.认为在分析输沙率与水流推移力之间的关系时,只有作用在运动沙粒上的有效推力才是有意义的,而作用在不动边界上的推力,不能推移泥沙运动;而且,沙粒所受水流推力的大小取决于沙粒投影面积的大小,而与本身的重量无关,从而求得了有效推移力的关系式.在此基础上,考虑了床面泥沙起动的随机性以及非均匀泥沙的起动规律,推得了非均匀泥沙的推移质输沙率公式.该式与其他学者的研究成果吻合尚好,并能够用于计算均匀沙的推移质输沙率.     

河道模型中泥沙起动粒径公式的比较和验证

在研究实际工程中的水力学问题时,常常无实测泥沙资料。根据已知的流量资料,分别对四种常用的泥沙起动流速公式进行反算获得相应的泥沙起动粒径,并通过模型试验实测的起动粒径对四种公式的计算结果进行比较和验证,在此基础上选用比较接近实测值的公式来初步估算泥沙级配与输沙率等泥沙参数。为缺乏泥沙资料的河道模型试验提供了一种确定泥沙起动粒径的有效的方法。     

波浪作用下的泥沙起动

在探讨波浪作用而引起的泥沙输移时，首先应确定泥沙的起动条件。Ｍａｄｓｅｎ和Ｇｒａｎｔ曾把单向水流Ｓｈｉｅｌｄｓ起动曲线推广到波浪作用下的泥沙起动中去。本文通过对单向水流作用下的泥沙起动希尔兹曲线的分析，阐明被浪作用下泥沙起动与水流希尔兹曲线产生误差的原因，由此提出波浪作用下泥沙起动     

泥沙起动标准和起动参数的关系研究

采用滚动起动模式,基于颗粒位置随机性和水流脉动特性,提出全概率泥沙起动的计算方法,推导出一个基于全概率理论的起动流速公式。实测资料验证表明,公式的适用性较好。在此基础上,建立了同一起动状态下,起动颗粒数、起动流速、起动切应力、输沙率与起动概率等起动参数之间的对应关系。