山区河流浅水条件下漂石对河床响应与泥沙补给影响的试验研究

受暴雨洪水与滑坡、泥石流灾害的影响,山区河流床沙多为宽级配卵砾石泥沙,甚至出现较多的漂石,从而影响近底水流结构与推移质输移特性。基于野外漂石河流的调查,通过概化水槽试验,探讨了漂石颗粒对河床冲淤的影响;对比分析了不同水沙条件下漂石对推移质输沙率过程的影响;根据床面粗化程度与漂石状态相异的两种类型对比试验,探讨了漂石对不同水沙条件下推移质输沙率的影响程度。研究表明:随着漂石颗粒相对淹没度(h/D,平均水深与漂石有效直径之比)的减少,漂石对其尾部区域水流的混掺越加突出,从而对河床的冲刷能力变大;根据本试验采用的水沙参数,漂石对推移质输沙率的扩大效应为几倍至十几倍。

三峡工程对现代长江三角洲地貌演化影响的初步研究

根据长江三峡蓄水前后十余年的入海泥沙通量和河口口门区冲淤的对比分析,初步探讨三峡工程对长江河口三角洲地貌演化的影响。结果表明:(1)三峡水库蓄水以来(2003-2008年),入库悬沙73%以上被拦截在水库里,因坝下游河床冲刷和支流来沙补给,三峡水库蓄水导致大通站输沙率下降49%;(2)1994-2000年、2000-2004年、2004-2008年,长江口门研究区(1 500 km)2净淤积量分别为7.25×108m3(1.21亿m3/a)、-1.03×108m3(-0.26亿m3/a)和-0.20×108m3(-0.05亿m3/a);(3)2000年以来,河口门外水深超过7 m的大部分区域处于蚀退,尤以10-20 m区域侵蚀最为强烈,但河口滩地(5 m线以内)较前一时段淤积加强。主要结论:三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少;入海泥沙减少是长江三角洲从淤积转为侵蚀的主要原因,近几年入海泥沙减少和河口口门区出现的冲刷有一半左右可归因于三峡工程的运行;河口滩地的逆势淤积是近年一系列的河口重大工程影响的结果。

基于床面层能量平衡关系的推移质输沙率计算式

基于床面层内的水流能量关系,推导了推移质输沙率与床面层内有效水流功率的关系式.实测资料表明,推移质输沙率与床面层内有效水流功率有良好的相关性,且高于推移质输沙率与水流功率的相关性.经2 800组试验资料与天然河流资料的检验表明,该关系式的适应性良好,计算精度较高,并优于同类型的基于水流功率的推移质输沙率公式.

粗化过程中的推移质输沙率

将床面可动沙颗粒数视为一种随机过程 ,首次从理论上建立起冲刷粗化过程中输沙率变化的微分方程 ,据以解出输沙率随时间呈指数衰减规律变化的理论公式 .与部分实验资料的比较表明 ,公式在一定程度上与实际一致 .

非均匀沙分级推移质公式

根据近底泥沙交换的随机 -力学模式及输沙率概率分布 ,从理论上建立了非均匀沙任意粒级推移质输沙率的新公式 .采用作者提出的分级起动概率和颗粒跳跃速度表达式处理有关参数 ,而公式所及常数则由均匀沙输移试验资料确定 .由此获得的非均匀沙分级推移质公式物理概念清楚、数学处理严密、能自动适应均匀沙情形 .用非均匀沙分级输移试验资料的验证结果表明 。

非恒定流推移质运动研究进展分析

非恒定流推移质输沙是河流动力学研究中的基础性问题之一。近几十年来,国内外许多学者对这一问题开展了探索性研究,取得了不少研究成果。本文简要回顾了非恒定流推移质运动的研究历程,并从4个方面总结了非恒定流推移质输沙研究进展和主要成果:(1)水沙运动的滞后性;(2)泥沙运动的绳套变化特征;(3)推移质输沙率;(4)洪水驱动下的推移质输沙量。基于对已有研究结果的归纳与分析,指出了现阶段研究中存在的不足,并提出了非恒定流推移质运动的研究建议。

输沙率公式对桥墩局部冲刷数值模拟影响研究

基于Melville桥墩局部冲刷试验模型,采用FLOW-3D软件,利用大涡模拟方法模拟了桥墩绕流局部冲刷过程,通过分析冲刷坑形态、深度的变化过程,评价了Meyer-Peter和Van Rijn推移质输沙率公式在桥墩绕流局部冲刷模拟中的适用性,并结合两输沙率公式结构分析了模拟结果存在差异的原因。结果表明:大涡模拟方法能够有效模拟桥墩绕流的复杂流态,采用Meyer-Peter推移质输沙率公式的局部冲刷模拟结果较好,预测的冲刷坑形态更接近试验观测结果;当时间为30 min时,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为2.3%。采用Van Rijn推移质输沙率公式的预测结果相对较差,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为15.5%。

波浪作用下岸坡和海底平衡条件的研究

提出波浪作用下岸坡和海底动态和静态平衡条件的数学模型。在已建立的推移质泥沙体积输沙率基本关系式的基础上,根据连续方程,计算出底坡、泥沙、波浪三要素在动态和静态平衡情况下的关系式,得出反映这种关系的底坡平衡函数曲线图。用实际资料对这一函数曲线进行了验证,并对实际资料相对模型的某些差异作出解释。

基于泥沙随机交换过程及不同推移形式的推移质输沙公式

针对推移质输沙率公式难以兼顾高、低输沙强度计算的不足,提出结构上考虑推移质泥沙滑移及跃移特征的输沙率计算公式.基于无后效Markov随机理论,通过改进泥沙状态转化概率矩阵,优化了泥沙随机交换过程的描述.综合考虑床面遮蔽、水流脉动特征及床面泥沙运动特征的影响,从理论受力分析及概率统计角度,确定了床面推移质泥沙数量.通过引入推移质泥沙滑动、跃移平均运动速度,建立基于泥沙随机交换过程及不同推移形式的推移质输沙公式.最终计算结果与不同输沙强度下的试验及现场实测结果吻合较好,表明公式能兼顾高、低推移质输沙强度的计算,可应用于工程分析.

浑水推移质分组输沙研究

天然河流的泥沙输移大多在浑水条件下进行,浑水条件与清水条件下的输沙机理存在一定差异。基于近底泥沙交换三状态随机-力学模式,考虑了床沙与推移质向悬移质的净交换,引入扬动概率,建立了浑水中非均匀推移质分级输沙率公式,进而导出总输沙率及推移质级配的计算式。浑水条件下进行的推移质输移水槽试验和野外实测资料验证了该理论公式的合理性与可靠性,并发现浑水条件下推移质级配可能粗于原始床沙级配。研究结果表明:在浑水中,以悬移质形式存在的砂质泥沙含量对有效估算推移质输沙率有着不容忽视的影响。在某粒级运动泥沙总量不变的前提下,由于一部分沙粒悬浮于水体中,将使得推移质数量相对减少。

非均匀沙卵石推移质输移随机分布研究

使用天然尺度的实验室渠道观测了在恒定流条件下非均匀卵石床面的推移质运动变化过程,采集到了高精度、长时间序列的输沙率变化过程,用Γ分布有效描述了推移质输沙率的随机过程。在采样历时较短时,规则明渠的单宽输沙率过程与单宽输沙率横向分布均呈现较大的随机性,但随着采样历时的延长,虽然规则明渠的单宽输沙率过程仍呈现一定的随机性,但规则明渠的单宽输沙率的横向分布基本趋于稳定。相对推移质单宽输沙率概率密度分布可近似地表示为Γ分布,且α、β的取值随采样历时与无量纲希尔兹切应力的增大而增大。利用本次试验成果,通过多元线性回归,得到了α、β与采样历时以及无量纲希尔兹切应力的关系式,可为工程应用提供参考。

基于图像识别的推移质输沙率检测技术研究

鉴于传统推移质输沙率测量方法难以进行实时动态检测,本文将图像识别理论与推移质输移特点结合,提出了基于图像识别的推移质输沙率检测技术,给出了相应的推移质颗粒组成确定方法与推移质输沙率计算方法。水槽试验表明,基于图像识别的推移质输沙率的确定方法具有较好的可靠度。实时动态检测表明小粒径泥沙输移具有较好的连续性,而大粒径泥沙输移则具有明显的阵发性特点。这种非接触式的检测方法可以实现对非均匀推移质输移过程的动态监测,实时获取推移质颗粒组成以及分粒径组和分条带输沙率,在推求确定输沙率时还可以降低拟合曲线的病态特征程度,丰富了推移质测量的内容,有利于对非均匀推移质输移规律的深入研究。

山区大比降河流寸滩河段卵石推移质输沙率研究(Ⅰ)——无量纲输沙强度

中国西部存在大量比降大、相对光滑度小、河床组成粒径粗的山区大比降河流，本文针对其河流特性，选择寸滩河段作为代表计算河段，搜集了1954～2007年5233组实测资料作为基础资料，分析比较了6个经典推移质无量纲输沙公式的计算精度。参照计算精度最高的Frcdsoe（1976）式的思路，假设输沙强度①与有效水流强度Θ＊成幂次关系，以水流强度与泥沙起动临界水流强度为主要变量，建立了寸滩河段的推移质无量纲输沙公式。通过对比，本文公式能很好地反映寸滩河段推移质输沙规律，计算精度较经典公式有一定提高，可为该河段的水沙研究提供借鉴与参考。

斜坡上的推移质输沙率公式

为了获得理论更全面、应用范围更广的推移质输沙率公式,基于数理统计方法及力学分析方法,借鉴Engelund推移质输沙率模型,研究了斜坡上推移质输沙率问题。在分析斜坡上泥沙颗粒受力的基础上,考虑了水流近底作用流速的随机性及床面上泥沙颗粒分布的随机性,推导出了斜坡上泥沙起动概率;探讨改进了单位床面上泥沙颗粒数和推移质运动速度的计算式,得到了文中推移质输沙率公式。采用不同坡度的实测资料进行验证,并与其他经典公式计较,结果表明,在不同坡度的情况下文中公式都有较好的适用性,且精度较高。