典型非均匀推移质输沙率公式适用性比较

基于等中值粒径的“单、双峰型级配”推移质输沙试验以及“驼峰”输沙率试验数据,选择Einstein、吴伟明、Wilcock和吴保生等4种典型非均匀推移质输沙率公式计算“单、双峰型级配”推移质输沙率,将两种级配的输沙率比值及曲线形态与试验成果对比分析。结果表明:吴伟明公式在反映“单、双峰型级配”推移质输沙差异上表现最好,这4种公式均无法反映“驼峰”输沙率现象。基于多参数考虑的Patel公式较这4种公式能更好地反映上述两种现象。充分考虑床沙级配对分组沙起动切应力和输沙有效Shields数的影响,是提高非均匀推移质输沙率公式精度和适用性的关键。

旋风分离式集沙仪在地表输沙率测定中的应用

集沙仪是测定地表风沙流结构的关键设备。旋风分离器的收集率随土样粒径增大而提高,最高可达99%。在室内风洞模拟试验条件下,该集沙仪可精确测定在各种风速条件下的输沙率,并通过指数函数描述出输沙率随风速增大而增大的关系。裸地的输沙率随着高度的增加而递减,而20%、40%、50%覆盖度水平下的输沙率随高度的变化则遵循递增-递减-平缓的变化规律。因此,旋风分离式集沙仪可收集不同高度的风蚀物,用于不同地表风蚀状况的对比分析,能为土壤风蚀相关研究提供一定的理论参考依据。

涪江流域日输沙率的时间尺度变化效应

[目的]解析日输沙率与关键环境因子之间的尺度依赖关系,探索有效的预测方法,以应对由于泥沙输运机制的复杂性和水文过程的非线性所带来的预测挑战。[方法]采用集合经验模态分解与自适应噪声(CEEMDAN)方法,分析了西南地区涪江流域4个水文站点控制区域2013—2018年的日输沙率与5个潜在影响变量(流量、降水量、平均气温、潜在蒸散发量和NDVI)间多时间尺度变异特征,识别不同时间尺度下日输沙率与相关变量相互作用关系,在此基础上,对日输沙率作出预测。[结果]CEEMDAN方法成功将日输沙率及其潜在影响变量分解为10-11本征模态函数(IMF)和残差项,揭示出日输沙率在3~730天不同时间尺度上的显著变化。分解后的日输沙率与流量、降水量在各个时间尺度上均显示出显著的相关性增强,而气温、潜在蒸散发量和NDVI主要与长时间尺度的日输沙率显著相关。通过逐步多元线性回归预测日输沙率,模型的预测性能显著,R2值在所有站点均超过0.55。[结论]CEEMDAN方法能够有效揭示输沙率及其影响变量之间的尺度依赖性,为理解河流输沙动态提供了新的视角。

不同沿岸输沙率计算公式对比分析

经历近100 a的发展,沿岸输沙率计算公式研究领域已形成许多代表性成果,系统研判各计算公式的预测精度对于快速准确判断研究区域沿岸输沙能力具有重要意义。依据使用率高、公式结构简洁、考虑参数相对全面等标准,选择了国内外7个沿岸输沙率计算公式,采用现场原型沙、室内原型沙和室内轻质沙等多种实测资料,对各公式的计算准确程度和适用范围进行了定量检验。结果表明,CERC公式和Kamphuis公式适用于现场原型沙预测,但对室内轻质沙预测的偏离程度较大;MH-Kamphuis公式和van Rijn公式对各种实测资料的预测均总体偏小;赵今声公式和Bayram公式的预测精度最低,预测偏小程度较大。经比较,孙林云公式对各项实测资料的符合程度总体较高,预测精度提高了36%~73%,具有更广泛的适用范围,推荐用于推导沙质海岸沿岸输沙模型相似律比尺关系。

基于振动信号的推移质输沙率监测研究

推移质输沙率精确测量是河流动力学的研究难点之一,传统的推移质直接测量方法受限于推移质运动的复杂性和测量仪器的局限性,无法对推移质进行长时间的连续监测。为了连续监测推移质运动,采用推移质间接测量方法,利用安装振动传感器的冲击板系统对推移质运动产生的振动信号进行高分辨率采集,提取振动信号特征值,并建立与推移质输沙率及流量之间的关系,进一步采用人工神经网络算法对推移质输沙率进行有效预测。结果表明:推移质振动信号的特征值均值与推移质输沙率有良好的相关性;中等流量条件的神经网络预测效果最佳,小流量条件的预测效果次之,大流量条件的预测效果相对较差,且其最优输入参数与流量及河床变化均有关系。

金沙江下游三堆子河段卵石推移质输沙率公式研究

金沙江上中游梯级水库运用后,进入下游的悬移质输沙量大幅减少,水沙条件显著变化;同时,卵石推移质输沙量在总输沙量中的比重明显增加,对水库淤积进程影响显著,开展变化水沙条件下金沙江下游卵石推移质输移规律研究具有重要意义。基于下游入口三堆子水文站2008—2021年卵石推移质实测资料,对经典起动流速公式和推移质输沙率公式进行了检验与修正。结果表明:与经典起动流速公式计算结果相比,通过引入以卵石粒径为变量的系数,所得到的不同粒径范围的卵石推移质起动流速修正公式,计算精度显著提高;经典推移质输沙公式的计算结果在输沙强度较低时与实测值偏差很大,通过建立输沙强度与水流强度的关系,并引入隐暴参数对公式进行修正,明显提升了其在低输沙率情况下的计算精度。修正后的起动流速公式和推移质输沙率公式能更有效地反映三堆子河段卵石推移质的输移规律。

盐池地区不同下垫面输沙率特征

为探究宁夏盐池地区输沙率年内与年际变化特征以及风速与输沙率关系,测量刘窑头风蚀实验站2010—2019年5种下垫面风蚀样地(流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、灌木林地和荒草地)的输沙率(Q)及风速(V),计算集中度(R_(CD))和集中期(R_(CP))、年际变差系数(S_(v))与年际极值比(S_(w)),并将输沙率与风速进行函数拟合。结果表明:1)下垫面影响Q的大小及均匀性,灌木林地平均输沙率最小,年内输沙率集中程度最高,R_(CP)集中在5、6月。10 a间固定沙丘年内最大输沙率出现的时间日期前移,荒草地年最大输沙率出现的日期逐渐后移。2)S_(v)和S_(w)均表明流动沙丘输沙率年际变异程度高于灌木林地。3)指数函数能更好地反映半固定沙丘(R^(2)=0.843)输沙率响应风速特征,其他下垫面为幂函数最佳。4)一元三次函数较好表达各年平均输沙率与风速关系,拟合公式为:Q=65.42-93.36V+42.55V^(2)-6.00V^(3)(R^(2)=0.800)。存在2个风速临界值(1.74和2.99 m/s),改变输沙率对风速的响应。结果可用于盐池地区风沙治理措施建设实践中,可为盐池地区的风蚀综合治理提供科学依据与技术支撑。

前烟台水文站悬移质输沙率间测分析研究

为提高水文站悬移质输沙率测验效率,以前烟台水文站为实例,对其悬移质输沙率间测误差检验,提出输沙率间测方案。研究成果对于水文站悬移质输沙率测验方式的改进具有参考价值。

浑河下游邢家窝棚水文站悬移质输沙率间测分析

通过测验断面悬移质输沙率可以测得单样含沙量及断面含沙率(断沙),从而检验或建立单样与断面含沙量之间的关系(单断沙关系),在单沙过程控制情况下推求各种时段的悬移质输沙量。文章依据相关规范,采用数理统计法分析了2008—2022年浑河下游邢家窝棚水文站180份实测水位变幅、断面平均含沙量、输沙率及对应单样等,研究成果可以为类似测站的泥沙分析及其悬移质间测提供技术参考。

细颗粒对粗颗粒床沙质输沙率影响的初步研究

考虑高含沙紊流涡团中细颗粒絮凝形成网络结构对粗颗粒运动影响后 ,建立了粗颗粒悬移质泥沙的输沙率计算方法。该方法中包含的细颗粒影响项反映了流域因素对粗颗粒泥沙输沙的影响 ,证明细颗粒的影响是引起多沙河流中“多来多排”现象的一个重要因素。与黄河实测资料的对比表明 ,该计算方法能够反映高含沙紊流输沙时随流域细颗粒增多粗颗粒悬移质输沙率相对增大的现象 。

武侯镇水文站悬移质输沙率单值化分析

通过对武侯镇水文站现有悬移质输沙率历史资料进行分析,以达到精简泥沙测验,降低工作量、提高工作效率等目标,以便更好开展水文新仪器的分析和研究工作。将武侯镇水文站19年的实测悬移质输沙率资料进行单断沙关系进行对比分析研究,点绘历年综合单断沙关系线,以规范规定标准进行比较检验并通过三项检验,满足泥沙测验精简要求,为测站今后的输沙率间测或停测提供依据。

毛乌素沙地植被覆盖率与风蚀输沙率定量关系

基于毛乌素沙地不同植被覆盖条件下的风蚀输沙率实地观测数据，借鉴国外最新的建模思想，采用Ｍａｔｌａｂ５．３软件对数据进行非线性回归，建立毛乌素沙地植被覆盖率与风蚀输沙率之间的定量关系模型，比较系统地考察了植被覆盖对沙粒起动风速和风蚀输沙率的影响，确定了不同风速下的有效植被覆盖率。结果表明，在毛乌素沙地要有效减少和防治风蚀，植被覆盖率必须达到４０～５０％的水平，而要保证在最高风速下风蚀输沙得到有效控制，植被覆盖率必须达到６０～７０％的水平。

莱州湾东岸沿岸输沙率及冲淤演化动态分析

采用美国《海岸防护手册》的CERC公式对莱州湾东岸的沿岸输沙率进行计算;同时根据莱州湾东岸自身特征,采用岬间海湾平面平衡形态经验模型-抛物线模型对莱州湾东岸的平衡状态进行预测,结合两者分析得出莱州湾东岸的冲淤演化动态:屺姆岛南侧西端略有冲刷;龙口湾顶基本无泥沙进出;招远岸段遭受严重的侵蚀;石虎咀处于淤积状态。针对侵蚀岸段提出了防止海岸蚀退的对策。

推移质输沙率的非线性研究

目的是从非线性科学角度探讨泥沙运动的规律。通过分析非均匀沙起动的影响因素得到了尖点突变模型的状态变量和控制变量,建立了能描述推移质运动的尖点突变模型。在尖点突变标准方程的基础上,应用尖点突变理论的坐标变换和拓扑变换,导出了输沙强度和水流参数的函数关系式。将输沙强度作为状态变量,水流参数和床沙密实系数作为控制变量。用水槽实验资料和其它推移质输沙率公式进行了对比验证。验证结果表明,计算值与其它推移质输沙率公式和水槽实验结果基本相符,误差一般在-90%～80%之间。说明建立的推移质输沙率公式是合理的,能够反映泥沙的起动和输移规律。

试论推移质输沙率公式

推移质输沙规律研究是泥沙基本理论的重要内容。在对前人主要研究成果开展述评的基础上,进一步从能量平衡观点及能耗图形出发,全面考虑影响河流推移质运动的因素,合理确定不同条件下的泥沙起动流速、摩阻参数A65与水下休止角,建立了物理图形清晰、结构合理、便于使用且适用性更强的推移质输沙率公式。采用大江大河与中小河流资料以及试验室实测资料对公式的检验结果表明,文章建立的公式(19)在不同条件下均能同实测点据接近,有效提高了推移质输沙率公式的计算精度和工程实用价值。

山东荣成湾沿岸输沙率及沙嘴的演化动态

山东荣成湾发育了 NEE- SWW向约 10 km长的沙坝 ,通过沿岸输沙率的计算、沙源分析得出以下结论 :荣成湾沙坝的主要沙源为海底来沙和海岸来沙 ,其沿岸纵向净体积输沙率为 15 .5 2× 10 4m3/ a,为沙坝的形成和演化提供了物源基础 ;沙嘴各段输沙率的计算及相应段沙嘴层理剖面分析 ,揭示了沙嘴的动态演化趋势。

清水冲刷推移质输沙率变化规律

分析恒定清水冲刷水槽试验资料发现,推移质输沙率变化可分为两个阶段,即时均稳定阶段和衰减阶段。通过机理分析,建立了该两个阶段的计算公式,计算结果与试验资料吻合良好。该式可用来估算任一河段及任一时刻推移质输沙量及冲刷剖面。

沙波运动与推移质输沙率

基于沙波运动,通过理论分析水沙运动的动力学因素,合理概化水沙运动模式,综合分析水流运动过程中所受到的力,利用沙波迎流面水体的动量方程,从理论上研究沙波波高随水流运动变化的数学表达,并将其与推移质输沙率联系起来,建立一个推移质输沙率与相对水流强度的数学关系式.计算分析表明,公式所能描述的规律与室内外资料相符,能较好地反映推移质输沙率与相对水流强度间的正向变化的全过程,具有理论和实用价值.

渗流边界上推移质输沙率

天然河道边界上常由于地下水和地表水的水位不同而产生渗流,引起水流的非静水压力分布,进而影响推移质输移规律,也使得常用的推移质输沙率公式不再适用。利用水槽试验测定沙波的尺寸及运动速度与床面渗流水力梯度的关系,结果表明沙波的高度及运动速度随着向下渗流强度的加大而增加,随着向上渗流强度的加大而减少;进而结合理论分析,利用沙波运动特点估算推移质输沙率,并推导出推移质输沙率随床面渗流的引入而变化的计算公式,分析渗流引起非静水压力分布下推移质输沙率的变化。

粗化层破坏过程中的最大推移质输沙率试验研究

为了探讨清水冲刷与粗化层破坏过程中的推移质输沙率与水流强度的相关关系,进行了清水冲刷与粗化层破坏的概化试验研究。清水冲刷与粗化层破坏过程中的推移质输沙率峰值相应的无量纲输沙强度随水流强度的增大而增大,其增速较梅叶-彼德公式、拜格诺公式、恩格隆公式的计算结果明显偏大。采用梅叶-彼德公式相同的形式,通过回归得到了清水冲刷与粗化层破坏过程中的推移质输沙率峰值相应的无量纲输沙强度与水流强度的相关关系。这一成果对受清水冲刷时间较长河段的河床冲刷保护与取水防沙等有一定的参考价值。