长江口南港底沙输移及其对南、北槽分汊口的影响

以1958年以来浏河口至横沙水文站之间南港系列水下地形图数字化分析资料为基础,以成形活动沙洲和隐形活动沙包作为底沙推移的判别标志,研究底沙输移规律,底沙输移对南港河槽分化和南、北槽分汊演变趋势的影响。研究结果表明长江口底沙活动范围向口门地区推移,底沙绝大部分进入南槽。

利用放射性示踪沙定量观测长江口北槽航道抛泥区底沙运动

１９９１年６月在国际原子能机构的合作下，在长江口北槽航道上抛泥区进行了一次大规模的放射性示踪沙试验。示踪核素为钪－４６，总活度为１７．９５×１０^（１０）Ｂｑ（４．８５Ｃｉ），示踪沙投放总量为４９５ｇ。本试验目的是通过定量观测底沙运移的方向、路线、速度和输沙率，以期为北槽航道上抛泥区今后能否继续作为抛泥区使用提供直观可靠论据。本次试验观测资料表明，在北槽航道上抛泥区，在中小讯期间，无论是涨潮时投放的示踪沙还是落潮时投放的示踪沙都受落潮流控制，并向北槽航道中段输移。据测量资料分析，在上口抛泥区投放的示踪沙最终沿着１１０°的运动方向以７５８ｍ／ｄ的运动速度，在２６９~＃航标附近进入挖槽，单宽输沙率为４７．８ｍ~３／ｍｄ。

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。

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.

基于高速摄像技术的推移质运动特征试验

在明渠中开展不同水流条件下低强度均匀沙平衡输沙试验，基于灰度相减方法分析整个床面推移质运动特征，以探寻紊流结构与推移质运动之间的作用机理。结果表明：①受水槽横向方向水流强度分布特征影响，推移质运动概率从水槽中线到两侧壁逐渐变小，且基本呈对称分布；②在紊流相干结构作用下，推移质床面在紊流低速条带区形成凸槽，高速条带区形成凹槽，推移质运动概率沿水槽横向方向存在高低相间的带状分区；③随摩阻雷诺数增大，相邻两推移质运动高概率区域的间距值变化范围为0．13～0．24倍水槽宽度，其值随摩阻雷诺数增大而增大；④不同水流条件下，推移质运动高概率区域间距值约为水深的2倍，这与流向涡模型吻合，表明流向涡是诱导床面出现凹凸相间形态的重要因素。

淹没柔性植物对明渠推移质运动影响的实验研究

由于水流中植物的存在,使推移质泥沙运动规律变得更为复杂,目前,含植物水流中推移质泥沙运动的研究成果较少。实验研究了含淹没柔性植物水流中,不同植物密度及水深对时均流速、脉动强度、泥沙起动流速以及推移质输沙率的影响。结果表明,在植物顶部以下,有植物时的时均流速明显小于无植物时的流速,而脉动强度大于无植物时的脉动强度;当水深相同时,随着植物密度的增大,泥沙起动流速呈逐渐减小的趋势,并与植物密度呈较好的三次方多项式相关关系;植物密度对推移质输沙率的影响并非呈单一变化规律,随着植物密度的增大,推移质输沙率呈先增大然后逐渐减小的趋势,当植物密度相同时,水深越小,泥沙起动流速越小,推移质输沙率越大。

推移质颗粒平均运动特性的试验研究

采用三维粒子示踪测速技术,通过分别变化示踪粒子的粒径、比重以及水力比降等条件,观测了10种不同水沙条件下推移质颗粒的三维运动,对推移质颗粒的平均运动规律进行了统计分析。研究结果表明,推移质颗粒的纵向速度既不是Einstein假定的11.6u*,也不是Bagnold假定的比清水流速小一个ω值。在分析坡降、粒径和比重对推移质平均纵向速度影响的基础上,根据Bagnold和Einstein两种表述方法以及实测资料分别得出推移质纵向平均速度的两个表达式。

用放射性示踪来验证中子活化天然泥沙示踪法

叙述用天然泥沙中子活化示踪底沙运动的简单原理,报告了在长江口布点采样,实验室辐照测量及数据处理分析的长江口底沙运动趋向的情况和方法。与放射性示踪法对比,说明本方法安全可靠、实用且节省经费。

水沙河口衔接数学模型的研究及其应用

在河口水流、泥沙数值计算时提出一、二维衔接的数学模型。根据一、二维水流连续方程、运动方程、悬沙扩散方程、两相流底沙运动方程、床面演变方程,对一维河道采用河网三级联解法、迎风差分格式,对二维海区采用有限元加权集中质量法、三角差分格式,建立水沙河口衔接数学模型。将此模型应用于天津泰达永定新河河口工程的研究上,经实测水沙资料验证,计算值与实测值基本吻合。为河口改造时引起的河道与海区的水流及泥沙稳定性问题提供了可行的研究方法。

非均匀推移质运动参数提取

推移质运动机理复杂,准确提取推移质颗粒运动参数为推移质运动的微观理论研究提供基础。本文以水槽试验拍摄的视频为基础资料,通过一定方法对其做一系列的处理,将视频中运动推移质颗粒标记出来,得到推移质颗粒的位置坐标,文中给出了由原始视频到提取出推移质颗粒位置坐标的详细过程:通过编程等手段计算出推移质颗粒的一些运动参数,如粒径,运动位移,运动速度,运动和静止时间,对提取结果进行展示,并给出这些参数随时间的变化过程。

底部浮泥表层推移速度分布的ADCP-GPS估测方法

ADCP对底跟踪走航观测的流速数据中包含水体底部浮泥、底沙运动信息,对比GPS定位方法算出的水体流速数据可以分离出浮泥相对于GPS定位的运动信号,从而达到对底质推移观测的目的。

黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征

泥沙在水与河床演变中起到纽带作用,因粒径不同,其运动形态、运动规律以及对河床的作用等不尽相同。因此,研究河床演变就不能轻视泥沙的运动特性,尤其是黄河内蒙河段这种水沙异源的河道。根据实测和实际钻探采样资料,分析了该河段悬移质和河床质的泥沙组成。并以此为基础,从起动扬动、悬浮高度、挟沙能力等角度探讨了主要粒径泥沙在一定水流条件下的运动形态与规律。通过能量和功率方程求得黄河内蒙河段的推移质输沙率。结果表明,内蒙河段悬移质基本上由粒径小于0.080 mm的泥沙组成,而河床质主要粒径为0.100~0.500 mm,其中粒径为0.100~0.250 mm的泥沙活跃于冲淤过程。推移质输沙率的分析表明,来自黄河内蒙古河段上部的粗颗粒泥沙不易被水流长距离挟带,大部分淤积在三湖河口上游。

圆柱绕流无沙区试验研究

试验发现推移质泥沙随水流绕过圆柱体时，将在圆柱周围的床面上形成一个无沙区。根据动能定律建立了圆柱绕流无沙区的定量关系式。分析该定量关系式可知，无沙区的范围随圆柱直径的增大而增大；当泥沙粒径减小时，无沙区的范围将增大；水流条件的变化直接影响泥沙颗粒的运动情况，同无沙区的形成、消失及范围大小有密切的关系。理论分析结果同试验现象是一致的。

推移质运动的分形与自组织特征研究——Ⅰ推移颗粒运动机理与分布特征

从推移质运动的爱因斯坦假设出发,得到推移质扩散的主方程、Fokker—Planck方程和Langevin方程。从水流阻力、水流脉动的功率普和床面的分形粗糙性等方面指出了爱因斯坦假设存在的问题,引入FBM和FLM描述推移质运动,得到颗粒单步运动步长的分形列维稳定分布。应用胡春宏、陈家扬等人的水槽试验数据对理论进行了验证,理论分析结果和实验结果基本吻合。

粉沙质海岸的工程泥沙问题

粉沙质海岸泥沙活跃,易起易沉,易发生骤淤,曾一度被视为建港"禁区",并成为泥沙研究的"盲区"。文中对粉沙质海岸建港中的工程泥沙问题进行了分析总结。

基于ADCP的长江口感潮河段床面稳定性分析

利用双频声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对长江口潮区界内的崇文洲河段、潮流界内的南通河段以及长江口拦门沙区域北港下段进行了推移质运动观测。基于河床沉积物粒度数据、流速和水位资料,结合经典床面稳定性系数计算方法,对感潮河段的潮区界、潮流界以及口门段的稳定性进行了对比分析,提出了以推移质运动评价河床稳定性的新方法。研究成果表明:长江河口潮区界至潮流界再至长江口拦门沙区域,推移质运动速度沿程呈现增大的趋势。长江感潮河段的河床稳定性系数沿程逐渐降低。基于ADCP测量的推移质运动计算结果与床面稳定性系数计算结果较吻合,为床面稳定性分析拓展了新思路。

弯曲干流型汇合口推移质泥沙运动研究

弯曲干流型汇合口的推移质泥沙运动与单一河道存在显著差别,在汇合口处常常出现河口浅滩或江心洲,影响船舶通行。弯曲干流型汇合口推移质泥沙运动主要受弯道水流特性和支流入汇的影响,而随着上游来流量的变化,汇流比发生改变,两者的影响比重发生变化,主流也相应在一定幅度内摆动。为研究其水流泥沙运动及河床演变给航道以及整个流域带来的影响,通过理论分析和水槽概化模型试验,揭示了弯曲干流型汇合口推移质泥沙运动规律,并结合长江与沱江汇合口为例分析了该河段演变规律和泥沙冲淤机理。

基于泥沙状态概率的推移质输沙率公式

在Einstein床沙和推移质泥沙交换分析的基础上,考虑泥沙起悬对泥沙交换过程的影响,改进前人对泥沙交换现象的处理方法,得到了新的泥沙状态概率计算式;基于床面泥沙相对暴露度概念,计入床面泥沙随机分布特性,采用滚动模型,得到了泥沙起动概率;比对分析各家推移质泥沙运动速度公式,选择了更为合理的推移质运动速度计算方法,得到了新的无黏性均匀推移质泥沙输沙率公式。实测资料验证表明,该公式不仅与Meyer-Peter的实验资料符合良好,且对于低强度输沙情况,也具有较高的计算精度。

ADCP横渡法测流克服环境因素影响的技术措施

在应用ADCP横渡法进行河流流量测验的过程中,仪器周边的环境磁场、河流的底沙运动、高含沙水流等外部环境因素以及仪器表底层的测验盲区均会影响ADCP的测流精度。在分析这些影响因素特点的基础上,提出了采用GPS定位、外置高精度罗经定向、专用测深仪测深等应对措施。同时,设备的正确安装及校正、设置合理的测流参数、测验中的过程控制等也是确保流量测验顺利进行和满足精度要求的重要环节。建议培养专业的流量测验及资料分析人员,从外业、内业等不同环节进行质量控制。

推移质输沙率计算公式的比较和标准化问题

推移质输沙率计算公式种类繁多,其立论基础和研究方法各不相同,应用情况也千差万别,这给实际工作带来了不便。对典型推移质输沙率公式进行了分类,并提出了推移质输沙率公式标准化的途径,同时对已有的一些计算公式进行了比较和评价,推荐了Yang公式等几个公式,并对今后这一问题研究进行了展望。