黄河下游游荡河段高含沙洪水期输沙规律研究

黄河下游河床长期处于淤积抬升状态,其冲淤演变规律对于下游河道治理有着重要影响。因此,快速预测不同量级高含沙洪水各河段的冲淤量以及判断高含沙洪水期黄河下游游荡河段冲淤影响很有必要。根据1960—2021年54场高含沙洪水的实测水沙资料,分析高含沙洪水期黄河下游游荡河段下站输沙率与上站流量、含沙量、输沙率之间的相关关系并建立关系式,系统地研究高含沙洪水的输沙规律。结果表明,下站输沙率与上站输沙率存在极强的相关性,进一步按来沙系数分级得到高含沙洪水期的输沙率公式,能够很好地模拟冲淤过程,极大地提高了与实测水沙资料的贴合度。以小浪底水文站为黄河下游游荡河段的进口控制水文站,采用按来沙系数分级所求的输沙率关系式能够较准确推求花园口站、夹河滩站、高村站的输沙率,从而计算小浪底—花园口、花园口—夹河滩和夹河滩—高村河段的累计冲淤量。

明槽水流的非均匀沙挟沙力研究

本文从床沙、推移质及悬移质互相交换、衔接的物理图形出发，在力学、随机及紊动扩散分析基础上，提出了颗粒跃移及推移质、悬移质和全沙统一的新的非均匀沙挟沙力公式．文中公布了新近试验取得的５７组非均匀沙挟沙力水槽资料，分析提出了反映混合沙中粗细颗粒互相影响的系数的关系，提出了悬移层与推移层交界面高度及浓度预报新的初步关系．应用本文提出的挟沙力系列公式计算验证了大量天然河流及水槽实测分组和总挟沙力资料，计算与实际符合较好．

黄河下游输沙量的沿程变化规律和计算方法

以1950-2002年实测输沙资料为基础,研究了黄河下游的输沙量和排沙比变化特点,参照能够反映黄河特点的考虑上站含沙量的输沙率公式,建立了黄河下游逐河段的输沙量和排沙比计算公式。实测资料的验证表明,本文建立的输沙量和排沙比计算公式具有较高精度,可以作为分析水沙变异条件下黄河下游河道泥沙输移规律的参考。

非均匀悬移质恢复饱和系数的探讨

作者利用概率论的方法,分析了分组沙的恢复饱和系数与混合沙的平均恢复饱和系数之间的关系,得出了分组沙的恢复饱和系数与混合沙的平均沉速成正比,与该粒径组泥沙的沉速成反比的初步结论。文中给出了一个计算分组沙恢复饱和系数的半理论半经验关系式,并与现有研究成果进行了对比。

湘南红壤区不同林分类型涵水保土效益研究

通过对湘南丘陵区不同林分类型涵水保土效益的定位观测 ,分别对林地的产流量、产沙量、输沙率、最大涵水能力及保土效果进行了探讨 ,发现 :1CK坡面的地表径流系数比有林地的地表径流系数要大 1.0 4～ 1.2 1倍、林分质量越好的林地坡面的径流系数比林分质量较差的林地坡面的径流系数要小 ;2 CK坡面的产沙量、输沙率比有林地的产沙量、输沙率要大 2 .80～ 3.73倍、2 .5 8～ 3.2 6倍 ;林分质量越好的林地坡面的比林分质量较差的林地坡面的产沙量、输沙率要小 ;3湘南红壤区长江防护林的各种林分类型虽然还处于幼龄林阶段 ,但其林地的保土、涵水能力还是比较强的 ,其林地土壤的涵水能力为 CK的 1.5 6～ 3.0 8倍、保土能力在 386 0 t/ (km2 · a)～ 4 390 t/(km2 · a)

黄河下游河道阻力与输沙特性的研究

本文分析了黄河下游河道阻力与水力特性、综合阻力主要组成单元、床沙组成的水力特性和运动特点，阐明了超低阻力的产生与床沙细、不均匀、含沙量较大、分布不均匀，使流速分布不均匀、卡门参数变小有关，是构成“大水出好河”、“多来多排”和远距离输沙的主要动力；超高阻力是大面积的沙被阻力所为，是造成“小水淤坏河”，河床不断淤高的重要原因．Ｓ＜２００ｋｇ／ｍ￣３时，细沙河床阻力用公式（４）和（５）联解，可获得良好的结果．最后指出开发超低阻力输沙技术。消除和避免渠、槽超高阻力的出现是根除黄河河床不断淤高，引黄渠道淤塞、沙化和发展远距离输沙的主攻方向．

恢复饱和系数的理论计算方法

恢复饱和系数是泥沙数学模型计算的重要参数，本文从理论上进一步研究了悬移质不平衡输沙的恢复饱和系数，提出了底部恢复饱和系数的概念，并推导了恢复饱和系数是底部恢复饱和系数和含沙量分布系数的乘积，从理论上合理解释了恢复饱和系数的取值问题。在既有研究成果的基础上，进一步推导了非均匀沙恢复饱和系数的计算式，计算结果表明不同粒径组的恢复饱和系数值是不同的，非均匀沙的平均恢复饱和系数应按沉速和级配的乘积加权平均计算，黄河下游通常水流条件（摩阻流速3～30cm／s）的平均恢复饱和系数约为0．1，平均底部恢复饱和系数为O．05—0．1，平均综合恢复饱和系数最小约为0．01，这和理论分析结果及黄河水沙数学模型的经验采用值基本相符。

皇甫川流域次洪水沙特征值变化特点

黄河流域径流量呈现锐减趋势,径流锐减突出表现在中游河口镇至龙门区间.以河龙区间皇甫川流域为典型支流,选择1954～2012年洪峰流量大于100m3/s的洪水共271场,分析了次洪水沙特征值的变化.得出如下结论：近些年洪水发生次数和年最大洪峰流量高值出现次数均有减少趋势;次洪洪量和次洪沙量基本呈现逐年代减少的趋势,沙量减少幅度远大于洪量的减幅;涨洪历时比较短,峰型普遍偏尖瘦;洪峰流量大的洪水的基流量占洪量的百分比明显低于洪峰流量小的洪水对应的比值.

基于面积型Froude数的河型判数与黄河河道最大输沙流量及河槽宽深尺度

Froude数同水流强度和水流能量关系密切,水深型Froude数不适用于黄河沙质河段,面积型Froude数在判断复杂河流水流相对强度、河床冲淤与稳定程度等方面都有较大价值。本文以此为基础研究面积型Froude数在河型判别的应用,利用不同河型临界关系式,得到整治流量或整治河宽计算式,以及均衡条件下的河床形态公式。根据黄河模型小河造床过程,得到主槽最大输沙或相对稳定状态下,断面单位能量与河相系数关系方程,进一步研究了最大输沙流量对应的主河槽宽深尺度的计算。

水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究进展

在水利枢纽尤其是水库的拦蓄与调节作用下,下游河道的来水来沙条件显著变化,将导致下游河道不平衡输沙,引起河床冲刷与再造。水利枢纽下游河道的河床冲刷与再造过程,兼具床沙冲刷粗化交换悬移质恢复等多过程耦合的微观水沙运动特性,以及泥沙冲淤床面形态变化纵比降改变河型河势调整等多尺度复杂响应的宏观形态变化。国内外相关研究主要通过实测资料分析、理论研究、实体模型试验和数值模拟等手段,从微观机理和宏观规律2个主要方面开展。归纳和总结了国内外水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究成果,对河床冲刷与再造实体模型试验和数值模拟中的模型沙选择、泥沙恢复饱和系数等关键技术问题的研究进展进行了分析,并指出了需要进一步研究的重点和亟待解决的科技难题。

黄河下游输沙能力的表达——“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之一

黄河下游输沙能力的表达,即不同河型的输沙能力公式。从公式可以看出,输沙能力的大小,除与泥沙粗细有关外,主要决定于坡降和河相系数。挟沙能力沿程调整的方式是:黄河下游上段游荡型河段坡降大,主要靠河相系数大来抵消;而下段弯曲型河段坡降小,主要由河相系数减少来补偿。

非均匀沙不平衡输沙的理论研究

文中首先给出了由我们建立的床面泥沙交换理论导出的非均匀沙扩散方程的边界条件。建立了恢复饱和系数的表达式,包括了强平衡输沙和不平衡输沙两种情况。同时给出了泥沙在床面静止、滚动、跳跃与悬浮的概率方程和数值结果。引进了挟带分组泥沙的水量百分数,它是研究非均匀沙的重要概念和工具。进而论述不平衡输沙时总挟沙能力、挟沙能力级配及有效床沙级配的方程。证实了床沙质、冲泻质与全沙具有统一的挟沙能力。最后从理论上证明了在河道中粗细泥沙发生交换的现象。

扩散方程边界条件及恢复饱和系数

依据泥沙交换的统计理论,建立了非均匀沙扩散方程在床面的边界条件,它对一维、二维以至三维方程都是必须的,它将决定泥沙的冲淤.在此基础上积分二维扩散方程,得到了恢复饱和系数,阐述了它的特性,进而导出了在强平衡条件下的恢复饱和系数的理论表达式和相应的数字结果.最后给出了不平衡条件下恢复饱和系数的近似值和综合恢复饱和系数的数值.

三峡大坝下游荆江河段悬沙浓度垂线分布研究

三峡大坝修建后,大坝下游河道水流中的泥沙输移处于严重的次饱和状态,悬移质泥沙的垂线浓度分布呈现出近底拖尾的新现象,常常造成垂线平均的不饱和参数计算值偏小,甚至出现超饱和的假象,干扰水利工程设计,需要深入分析研究。在搜集整理了三峡建坝前后1986-2013年荆江河段沙市和监利两水文站的实测悬沙垂线分布数据基础上,探讨了三峡工程坝下游河段悬移质泥沙的不饱和输沙特性。实测资料表明,三峡大坝修建后,河道次饱和状态下的细颗粒泥沙缺乏补给,不能满足扬动条件的粗颗粒泥沙在悬沙中比例增大可能是浓度分布近底出现拖尾的一个重要原因。

重力场作用下微粒在静止流体中的沉降特性

建立了微米级颗粒物在静止流体中运动的物理模型和几何模型,通过分析颗粒物的受力情况,得到其运动速度的解析解。结果表明:微粒在静止流体中的运动速度是微粒物理属性(密度、粒径)和流体物理属性(密度、黏度)的函数,其运动包括加速段和匀速段,固液密度比大,其输运速度更快。根据该结果,结合菲克定律的经典表达式得出了净输运颗粒通量进而得出颗粒物的输运系数表达式,结果表明:微粒在静止流体中的输运系数是浓度、速度的函数。小颗粒物的输运现象较大颗粒更强烈。通过全息光学实验系统建立实验模型与理论结果进行比较,结果表明二者吻合良好。

挟沙水流悬移质运动效率系数的研究

悬移质运动效率系数是泥沙悬浮运动消耗能量(悬浮功)与挟沙水流紊动能量之比值,它是反映悬移质运动能量功效最重要的特征参数.本文基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,在二维、恒定、均匀及充分紊动的流态条件下,经过必要的推导和简化,得出悬移质运动效率系数理论表达式;通过应用黄河下游实测资料,对效率系数公式进行验证计算,结果表明效率系数公式计算值与实测值相符较好;进一步应用黄河下游实测资料,建立了效率系数与水流挟沙能力之间的关系,说明随着含沙浓度的增加,水流挟沙能力相应加大,效率系数呈下降趋势,并趋于一个稳定的低值范围,含沙浓度进一步增加不会给水流增添额外的能量负担,为黄河挟沙水流高效输送提供了科学依据;同时效率系数公式的导出为建立挟沙水流挟沙能力公式、揭示输沙机理奠定了基础.

永定新河二维输沙有限元数值模拟

本文应用不平衡输沙原理，并采用一种集中质量矩阵的“迎风”有限元方法对二维泥沙扩散问题建立了数学模型．该模型对永定新河北塘河口作了数值模拟计算，计算的结果与实测的水位、流速、含沙量过程进行了验证，验证结果是合理的．

非均匀沙恢复饱和系数研究综述

恢复饱和系数是研究河床演变的一个重要参数,它的选取至关重要。重点介绍了目前国内关于非均匀沙恢复饱和系数的主要研究方法:一维超饱和输沙法和泥沙运动统计理论法。一维超饱和输沙法是通过对一维河床变形方程进行简化和分析,得到适用于该地区的恢复饱和系数,韩其为等基于泥沙运动统计理论,建立了相应的恢复饱和系数表达式。通过总结归纳2种方法得到的研究成果,分析各家公式的差异及适用范围,考虑恢复饱和系数的影响因素,建立了恢复饱和系数一般通用公式,在工程实践中,考虑各个影响因子,对公式中的参数进行率定即可。

宽级配河床平面二维泥沙数学模型的几个问题

对平面二维泥沙数学模型的几个关键问题 :挟沙力系数、恢复饱和系数、床沙级配调整、冲淤厚度和床沙‘归一化’等问题及其相互影响作初步探讨。这种讨论仅限于山区天然河流宽级配河床情况。以上问题在两种底沙不同的河流上应用 。

贵州退耕还林以来土壤侵蚀的时空变化及与降水关系

用变差系数作为衡量其变化幅度大小的指标,运用二元定序变量的Spearman相关分析方法,对贵州省2000年退耕还林以来的河流输沙量、输沙模数和泥沙含量的时空变化与降水量的关系进行了分析。结果表明:贵州省退耕还林以来,河流的输沙量、输沙模数与含沙量均呈减少的趋势,三者的年际变化幅度比较小,但是比其降水量的变化幅度大;从空间差异看,贵州长江流域多年的平均输沙量、输沙模数和河流含沙量比贵州珠江流域的大,而河流输沙量、输沙模数与含沙量的年际变化幅度则比贵州珠江流域的小;贵州的输沙量与降水量的Spearman相关系数为0.897,关系密切,其回归统计方程模型为y=x^(1.223)。