冲积床面形态及阻力的水槽试验研究

本文通过水槽试验,对中径为0.22mm的床沙,比较系统地研究了冲积床面形态及阻力规律.试验中观察到沙垄消亡时的床面形状比较规则,沿程分布比较均匀.试验结果表明,同一沙粒阻力条件下,沙波相对高度及陡度随水深增大而减小,床面形态过渡区,水流阻力不仅随沙粒阻力增大而减小,而且与相对水深有关.同一沙粒阻力的水流,其阻力系数随水深增大而减小,在床面形态过渡区,阻力系数相差不大,沙粒阻力是影响床沙质含沙量的主要因素.     

冲积河渠床面阻力试验研究

本文分析总结了在可调坡循环长水槽内进行的冲积床面阻力试验资料,同时分析了国内外其它大量水槽试验及天然冲积河渠的床面形态及阻力资料.结合对冲积床面阻力影响因素的物理分析,总结提出了预报冲积河渠床面阻力的规律及公式,同时提出了区分床面形态低能态和高能态的判别公式,初步搞清和提出了过渡区的阻力关系.根据本文提出的公式,可以计算预报不同水沙条件下长江三峡库区淤积河段、长江中下游、黄河下游及各种冲积河渠的床面阻力.     

等阻力树杈型冲沙管道的试验研究

多沙河流上修建的水库必然要面对泥沙淤积问题,合理科学的库容恢复和保持措施对于水库综合效益的正常发挥具有重要意义。排沙廊道是一种一次建设、可持续使用的排沙设施,但传统排沙廊道中各进口为顺序排列,不同部位进口抽沙能力不均,严重影响运行排沙效果。等阻力树杈型冲沙管道是近期提出的一种新型排沙方式,其各级管道采用树杈型布置,多口汇流的旋转流动可消除不同角度水流加速度影响,按每一个进口管至总出口的流动阻力相等为原则设计;在进口管顶部设置倒扣铁锅型防沙罩,防止进口管被落淤的泥沙所阻塞。本文在水槽中开展了树杈型冲沙管道试验,同时开展了相同条件下的进沙口顺序排列的对比试验,结果表明:当进沙口按传统廊道多口顺序排列布置时,位于远端的一半出口将被完全淤堵,难以达到预期的排沙效果;而树杈型冲沙管有效克服了传统廊道不同进沙口抽沙能力不均的缺陷,实现了对所覆盖区域的均匀排沙,正常情况下未发生淤堵;当高含沙水流集中流向某一进口时,会造成该进口淤堵,但由于不同进沙口独立运行,所淤堵进口基本不会对其他进口的正常运行造成影响。本文试验结果表明,等阻力树杈型冲沙管道的稳定排沙浓度可达400～700 kg/m3,远高于顺序排列方式的100 kg/m3;冲刷漏斗体积为多口顺序排列的1.5倍。     

支流水沙作用下干流床面冲淤特征试验研究

 通过一系列的水槽试验,研究了交汇角为30°时不同水沙条件下干流床面冲淤特性,获得了在支流有无来水、来沙时不同主支汇流比下的干流床面冲淤二维等值线图,初步揭示了干流床面冲淤随主支流量比及支流是否来沙的变化特性。研究成果对了解交汇区的冲淤变化及河床演变具有积极的作用。     

含植物河道等效床面阻力试验研究

植物广泛存在于滩地和河槽中,可有效改善水环境,但同时也增加了水流阻力。通常采用不同材料的棍状物或仿生植物模拟实际植物进行试验研究,将植物阻力附加于床面上与原床面阻力一起构成等效床面阻力,因模拟实际植物的不相似导致含植物河道等效床面阻力的研究不够完善。本文提出了对实际植物分区施加实际流速条件进行试验的思路,即按河道现场调研的植物密度布置,沿横向和垂向对河道横断面分区,对实际植物区域施加实际流速条件,试验研究分区水体中的植物阻力,最后换算得到表征等效床面阻力的等效床面糙率。以独流减河上游河道为对象,选用乔木、灌木和芦苇三种典型植物,考虑河道横断面不同分区的流速条件进行了试验,结果表明,当遭遇100年一遇洪水时,乔木种植区域的等效床面糙率为0.060～0.066,灌木种植区域的等效床面糙率为0.083～0.099,芦苇种植区域的等效床面糙率为0.698～0.989。研究成果可为防洪计算和水环境治理提供理论支持。     

非均匀沙床面阻力特性的实验研究

天然情况下，河流泥沙组成多为非均匀沙。河流床沙及其粒径组成的非均匀性是影响水流阻力的主要因素之一，研究床沙组成的非均匀性对水流阻力的影响，具有重要的理论和实际意义。本文在大量实验和实测资料的基础上，首次系统考虑床沙级配及其组成的非均匀性对水流阻力的影响，认识了床沙组成非均匀性对水流阻力的影响关系，初步得出非均匀性对水流阻力影响的规律，丰富了人们对床面泥沙组成非均匀性的认识，为进一步深入研究奠定了基     

基于阻力规律的床面形态判别方法

床面形态变化是河床演变的重要方面。如何根据水流和泥沙条件,预测床面可能出现的形态,一直是航道整治与泥沙研究所关心的实际问题。水流阻力规律是水流流动及床面形态等综合特征的反映,反演适当的阻力规律表达式,应能够区分出不同的床面形态。本文正是基于这一理念,通过建立包含床面形态参数的河流水流阻力规律表达形式,并结合水槽试验,得到了确定床面形态的无量纲特征参数,以此对不同床面形态进行区分,绘制出相应床面形态划分图,进而得到了高、低能态时不同床面形态间的分界线方程。该方程可用于对河床形态进行判别与预测,对河流整治具有指导作用。     

沙垄阻力的理论分析与试验研究

本文将沙垄上的水流划分为三个区域，即迎水面边界层区、迎水面势流区及背水区。在此基础上通过边界层理论的分析，给出了沙粒阻力系数、形状阻力系数及平均流速的计算公式，并用作者及其它几家试验资料进行了验证，结果符合较好。     

清水冲刷不连续宽级配床面阻力特性及输沙规律试验研究(Ⅰ)——床面阻力特性

不连续宽级配床沙在天然河道中广泛存在,作为非均匀沙的特殊类型,其床面阻力与一般意义上的非均匀床面相比具有不同的特性。本文通过水槽试验对不连续宽级配床面阻力特性进行了探讨,引入峰度系数表征粗糙床面床沙粒径的非均匀性,将不连续宽级配床面与连续宽级配床面统一起来,根据试验数据拟合得到不连续宽级配床面阻力系数表达式,具有较好的精度。     

黄河调水调沙对河口形态影响的研究

对2002年8月、2004年8月2次河口拦门沙区水下地形测验及河口段河道地形测量的水沙条件、断面、地形资料等进行了对比分析,结果表明：①2002～2004年,黄河口经历了蚀退、延伸、再次蚀退、再次延伸的4个阶段;②河口河道比降、河口海洋动力、河口边界等已发生了重大变化,河口演变进程面临重大转折;③河口口门前方产生一个最大淤积厚度中心,最大淤积厚度超过10 m,1～10 m淤积厚度等值线依次层层嵌套,淤积厚度超过1.0 m的范围仅占河口拦门沙区面积的12%,淤积量却占到总淤积量的75.1%;④2年间河口口门区域造陆面积共约13 km2;⑤2002年7月至2004年7月,利津水文站冲淤平衡计算差值为1.47亿t。     

粗化床面非均匀沙推移质运动扩散特性研究

对泥沙颗粒运动规律的把握是准确估算推移质输沙率的基础.本文开展了粗化床面条件下的水槽试验,分析了非均匀沙颗粒的均方位移和速度自相关系数变化,并与已有均匀沙试验进行了对比.结果表明,粗化床面存在着由单个或多个粗颗粒组成的粗化结构体,形成比平整床面更复杂的底部边界,粗化结构体对泥沙颗粒运动造成较大影响,颗粒在运动过程中与水...     

沙波运动规律的试验研究

本文用煤模拟沙波运动，对床面形态的发展过程、形成机理、统计特征及运动规律等方面进行了试验研究，求得了既适用于轻质沙又适用于天然沙的统一运动规律表达式，该式也可用于动床物模的波要素的计算，经广泛的室内外实测资料验证，吻合程度较高，此外，有关床沙级配对沙波的影响，本文也进行了初步探讨。     

细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速试验研究

本文研究了细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速，认为塑料沙有可能保证各粒径级的沉降和起动与天然悬移质泥沙相似。     

分汊河段床面切应力的试验研究

本文采取概化模型试验以研究分汊河段的床面切应力,获得了床面切应力的平面分布、纵向分布,分析了汊道阻力的特点,同时探讨了床面切应力的计算方法.     

壅水条件下水流阻力试验研究

壅水条件下的水流阻力及输沙特性,在水利工程的应用中占有十分重要的位置。对壅水条件下河道开展概化水槽试验,采用声学多普勒测速仪ADV对水流流速进行了测量,并对壅水条件下水流阻力和床面切应力等进行了分析。结果表明壅水条件下,水流流速沿垂线分布较均匀流条件下更加均匀,当壅水程度越大时,水流流速沿垂线分布越均匀,且流速分布大致上仍服从对数率分布;壅水条件下,随着水深的增大,摩阻流速不断减小;壅水条件下河道水流阻力系数随着非均匀系数及水力半径的增大而增大;引入壅水程度指标,并拟合得到了床面切应力随壅水程度指标的变化关系式。成果可为壅水条件下水流结构特征及输沙规律的研究提供参考。     

粉煤灰模型沙的试验研究

泥沙模型应正确复演原型河道演变特点和规律,模型沙的选择是起关键作用的。为此,通过室内土力学试验、物理化学性能分析、玻璃水槽试验和泥沙模型验证试验结合理论分析等方法,对粉煤灰模型沙进行了试验研究,取得了以下主要成果和结论。(1)采用光学显微镜和电镜观察成果分析了粉煤灰的细观结构和理化特性,明确了d＞0.076 mm的粉煤灰分散性较好;(2)用定量数值对比了粉煤灰干重度及土力学特性变化规律与天然泥沙的差异,阐述了选用凝聚力较低的粉煤灰粒径组作模型沙的机理;(3)粒径为0.027～0.11 mm的粉煤灰模型沙的干重度和起动流速随时间增加有限,不致引起模型沙明显的板结和起动相似偏离;(4)南水北调中线穿黄泥沙模型验证试验表明,粉煤灰模型沙能够较好地满足模型试验要求,模型挟沙水流物理特性和运动规律与原型相似;(5)采取控制干重度使模型沙不发生板结现象的方法,可解决类似模型试验问题。     

马扎子引黄供水沉沙结合淤高背河地面试验工程研究

为了探索一条综合利用黄河水沙资源的新途径，旨在把黄河下游引黄灌溉和淤背固堤的成功经验有机地结合起来，既保证灌溉供水，又逐渐淤高背河地面，使黄河向相对地下河方向发展，山东省拟在淄博市马扎子引黄供水沉沙，结合淤高背河面的试验工程。该工程的沉沙地，计划返用３０八年，将在此黄闸上下游处形成宽１ｋｍ，长１１ｋｍ高出地面７ｍ左右的带状高地，同时也满足向淄博市和原灌区供水的需要。     

基于高速摄像技术的推移质床面沙条带结构试验研究

本文开展推移质平衡输沙试验,基于图像处理、PTV方法和卡尔曼滤波算法,分析床面推移质泥沙颗粒运动规律。在此基础上使用SFM方法重构床面三维地形并与颗粒运动对比,以研究推移质运动与紊流相干结构相互作用机理。结果表明:(1)通过本文方法,可从颗粒尺度较好识别推移质运动轨迹,为推移质运动机理研究提供新思路。(2)一定水流强度条件下(Θ=0.048,0.06),推移质运动强度在床面沿横向方向存在高低间隔的带状结构,水槽中间区域明显,至水槽两侧结构逐渐消失。(3)床面形成交替间隔的沙脊和沙垄结构时,沙垄区域推移质运动强度大,沙脊区域推移质运动强度小。(4)流向涡模型能够很好地解释推移质运动强度及床面沙脊沙垄结构沿横向间隔分布的特征。推移质床面沙条带结构和大尺度流向涡结构相互耦合,形成稳定的时间平均尺度床面结构。