冲积河流稳定平衡条件与断面几何形态的数理分析

冲积河流稳定平衡条件长期以来被认为无闭合解,致使众多经验假说得以应用。本文通过将两个无量纲断面形态参数宽深比和边坡角度引入到冲积河流三大基本运动方程中,详细分析了推移质输沙率与这两个变量之间的复杂关系,从数学上推导得出冲积河流达到稳定平衡的水动力学条件是推移质输沙率最大。河流达到稳定平衡时的过水断面形态数学表达式表明,天然冲积河流在平滩水位时所展现的水力几何关系是河流通过调整过水断面形态达到的稳定平衡的结果。     

瓯江河口入海水沙通量的变化规律

根据瓯江流域圩仁水文站1950-2008年的实测流量资料和1956-1998年的实测输沙量资料,采用水文学和数理统计学方法,分析瓯江河口入海水、沙通量的变化规律及其相关性,并对人类活动的影响进行了探讨。研究结果表明:瓯江多年平均入海流量和悬沙通量分别为442m3/s、61.9kg/s;入海水、沙通量具有明显的年际和季节变化特征,沙通量的变幅要大于水通量;瓯江洪枯季流量、输沙量悬殊,洪峰暴涨暴落,是输水、输沙最集中时期;入海水、沙通量之间具有较好的峰、谷对应关系,但1975年特大洪水导致流域侵蚀模量发生较大变化;紧水滩、石塘水库的建成和运行,对瓯江入海径流起到了明显的调节作用,水沙通量年内分配趋于均匀化。     

水沙动力学适用牛顿流体的基本方程

通过改进蔡树棠两相流基本方程的相间阻力项,建立能够进行二维解析研究的水沙动力学基本方程.该研究给出沙相压力和沙相粘性切应力的学科定义,以及它们的本构关系.对于牛顿流体,当输沙稳定时,挟沙水流的能坡与清水并无差别.沙相压力的二阶导数不为零是泥沙扩散条件,也是凹岸冲、凸岸淤自然现象的力学本质.蔡树棠方程隐含着流体的粘性切应力按运动组成可以分解或叠加的物理性质.正是这个结构性特点,给了解答浑水粘性这个古老的力学难题的方法,使我们能够完整地推导出牛顿流体沙相运动学粘滞系数vs公式;推导并证明了浑水综合粘滞系数μm=εv+ svνs,而不是习惯使用的μm=v+svvs.探讨了影响vs值的一些复杂因素,如颗粒表面束缚水的影响.本文研究能够证明:对分散相应用连续介质原理不仅可行,且是遵从压力传递规律惟一的正确方法.而揭示粘性切应力的结构性,在多相流和流变学领域具有深远的意义.     

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.     

泥石流泥沙输移比的概念与计算方法探讨

通过泥石流SDR,可将泥石流流域侵蚀产沙、泥沙输移及泥石流沟道和入汇处主河河床演化有机地联系起来,用于推求流域的土壤侵蚀量,泥石流沟道的冲刷与淤积状况,泥石流所输送的泥沙进入主河的数量,以及对下游河道演变、水库使用年限的影响程度等方面。但目前泥石流SDR的研究还没有开始,在分析泥石流输沙特征的基础上,将SDR引入泥石流输沙的研究中,并将泥石流SDR分解为反映泥石流沟输沙能力的沟道泥石流SDR和反映主河输移泥石流泥沙能力的汇口泥石流SDR两个环节。给出了根据定义使用实际的监测数据计算两类泥石流SDR的具体方法,并在蒋家沟中实施,计算出蒋家沟2007年的一场泥石流过程中沟道SDR为0.14,入汇主河后的悬移质汇口泥石流SDR为0.36。泥石流SDR的模型计算法方面也根据定性分析列出了可能的影响因子,在总结河流SDR的研究成果和分析泥石流输沙特性的基础上进行了模型建立方法的初步探讨。     

海河隧道工程防洪影响分析

海河隧道线路全长2 3034 m,其中主河道沉管段长240 m,沉管断面宽度374 m,高98 m,共设置两节,每节120 m。河道沉管段采用水中沉管法施工。管段安装会对河道的防洪安全产生较大的影响,故须对河段的水沙条件有严格的要求。本文采用三维分层水流泥沙数学模型,通过错层处理,较好地解决了同层网格产生急剧变化,在突变点处隔层网格物理量的影响远大于层间网格的影响问题。对隧道管段悬浮状态、沉放过程中的过流能力、水流流态和河段水流泥沙运移规律进行了深入分析,提出管段对河段水沙的影响程度及解决措施。本研究拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用范围,为保证工程施工安全提供了理论基础。     

淤泥对平面钢闸门启门力影响的计算方法

基于理论和实际工程资料分析,提出了一个泥沙淤积对平面钢闸门启门力影响的计算公式。其中将门前淤泥考虑为由粗细颗粒组成的宾汉体泥浆,并将淤泥对闸门的附着力考虑为两部分:一部分是粗颗粒与闸门之间的碰触和相对滑动产生的摩擦力;另一部分是细颗粒之间的絮凝作用提供的极限剪切力。同时公式中还考虑了门顶和梁格中附带泥沙的重量、下吸力、行走支承的摩擦力、止水摩擦力对闸门启门力的影响。通过与夏毓常的计算公式和天津宁车沽防潮闸的实测数据进行对比分析得出:本文给出的公式在计算门前有泥沙淤积情况下的启门力时,其计算精度能够满足工程实际需要。     

Bias in bacteriophage morphological classification by transmission electron microscopy due to breakage or loss of tail structures

Virtually every study that has used transmission electron microscopy (TEM) to estimate viral diversity has acknowledged that loss of phage tails during sample preparation may have biased the results. However, the magnitude of this potential bias has yet to be constrained. To characterize biases in virus morphological diversity due to tail loss, six phage strains representing the order Caudovirales were inoculated into sterile sediments and soils. Phage particles were then extracted using standard methods. Morphologies of extracted phage particles were compared to those of unmanipulated control samples to determine the extent of tail breakage incurred by extraction procedures. Podoviruses exhibited the smallest frequency of tail loss during extraction (1.2-14%), myoviruses were moderately susceptible to tail breakage (15-40%), and siphoviruses were highly susceptible (32-76%). Thus, TEM assessments of viral diversity in soils or sediments by distribution of tail morphologies may be biased toward podoviruses and virions lacking tails, while simultaneously underestimating the abundance of siphoviruses. However, since the majority of viral capsids observed under TEM were intact, estimates of viral diversity based on the distribution of capsid diameters may provide a more reliable basis for morphological comparisons within and across ecosystems.     

冲积河流滩槽定量划分方法及应用

通过理论分析与数值计算,研究了冲积河流漫滩水流水力因子的变化特性。结果表明,断面平均流速在漫滩瞬间迅速减小,然后逐渐增大;断面综合动能修正系数、动量修正系数均随水深而缓慢增加,在漫滩瞬间迅速增大,随即快速减小。根据漫滩水流水力因子沿水深的变化特性,提出采用断面横向平均流速为判别因子以定量划分复式断面的滩与槽。此外,文中将其应用于黄河下游漫滩水流的水沙数值模拟,其结果与实际情况符合较好。     

流域水沙资源优化配置研究综述

水沙合理配置是影响河流健康的重要环境课题,正确认识水沙灾害和水沙利用的相互关系,开展流域水沙资源联合优化配置研究具有重要意义。本文系统地分析与总结了流域水沙资源联合优化配置研究的进展状况,包括局部流域的水土保持规划、水库水沙联合调度运用、灌区水沙输移分配和全流域范围的水沙资源优化配置理论与数学模型研究现状,探讨了目前流域水沙资源优化配置理论、模型、方案和评价中存在的问题,提出了未来流域水沙资源优化配置研究的发展方向。