受支流入汇作用主河推移质运动演化特征试验研究

天然河流中存在着大量的主支交汇河流,在主支流相汇处,由于河相关系的变化,主支河流原有的水沙平衡状态被打破。通过一系列的水槽试验研究了交汇角为30°时支流来水、来沙对主流输沙特性的影响,获得了在支流有无来水、来沙时不同主支汇流比下的主河输沙率和累积输沙量随时间演化过程。试验表明:单一主河推移质呈“波”状输移,具有时空不连续性;支流仅来水时,由于无泥沙补给,交汇口及其下游会形成冲刷深槽,主流输沙率和输沙量强度在初始阶段很大,随着时间的推移,其值逐步衰减并趋于稳定;支流来水又来沙时,主河输沙特性与主支汇流比密切相关。

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.

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。

基于非线性理论的推移质输沙率公式

基于非线性理论的尖点突变模型,分析了水流条件和泥沙颗粒在床面相对位置对泥沙输移过程的非线性动力学特征的影响,得到尖点突变模型的状态变量和控制变量,建立了定性描述泥沙输移的尖点突变模型,并通过坐标变换和拓扑变换,构建了非线性推移质输沙率公式。经与推移质输沙率实测资料、基于同理论推移质输沙率公式和经典推移质输沙率公式对比,分析了低强度输沙时不同公式计算结果存在差异和高强度输沙时计算精度发生突变的原因,讨论了泥沙起动切应力对输沙率公式的影响,验证了本文公式具有良好的适用性,证明了本文非线性推移质输沙率公式是合理的。