考虑沙粒带电情形下的单宽输沙率经验公式

单宽输沙率是风沙流研究的一个重要参数。基于考虑跃移运动沙粒带电的风沙流演化过程理论模型,对单宽输沙率进行了大量详细的数值模拟,在此基础上,拟合得到一个便于实际应用的单宽输沙率经验公式。该公式包含来流风速、沙粒粒径和平均荷质比等影响风沙流演化过程的重要可测参数。与已有模型相比较发现,通过对公式中参数沙粒荷质比赋予(-160μc.kg-1,0μc.kg-1)范围内的值,预测的输沙率与现有许多输沙率预测公式的预测结果都能符合,意味着静电作用可能是导致众多输沙率公式预测结果不统一的原因之一。

雨滴击溅对坡面径流输沙的影响

针对雨滴击溅下坡面径流输沙研究中存在的研究方法及机理需要深入探讨的问题,通过室内人工模拟降雨与放水冲刷试验相对比的方法,研究有无雨滴击溅对坡面径流输沙的影响。研究结果表明:雨滴击溅会增强水流的紊动作用和水流流态的不稳定性,但这并不意味着雨滴击溅总是增加坡面输沙的强度;当坡度较大时(10°～12°),随雨强的增加,雨滴击溅对坡面流单宽输沙率的贡献由增强转为抑制。初步给出坡面输沙的影响因素及雨滴击溅对坡面产沙的贡献关系。上述研究对深入探讨坡面输沙机理提供了新的认识。

林草措施调控坡面降雨径流输沙效应的初步研究

利用人工模拟降雨小区试验,分析了林地和草地2种生物措施在不同坡度、不同雨强下的径流调控和产沙机制。结果表明,产流时间和降雨强度之间存在幂函数关系,与单宽输沙率之间存在线性关系,单宽输沙率与单宽流量之间亦存在线性关系。并对2种措施的调控效应进行比较,草地措施的产流、产沙调控效应均优于林地措施。

沙质推移质断面输沙率计算方法

当今众多推移质计算公式 ,其成果都与实际难符。本文对泥沙统计理论建立的单宽输沙率公式、给各符号的确定方法进行了优选 ,只需根据水文站日常测验中得到的有关资料 ,即可求出单宽输沙率的沿河宽分布曲线 ;沿河宽积分 ,则可求得相应断面推移质输沙率。本方法与各家公式对比 ,其成果接近恩格隆公式 ,经长江三个站实测资料验证 ,实际误差与当前测验精度一致。具有实用意义。

黄河三角洲埕岛近岸海域悬浮泥沙运动

根据1998年9月8日和1999年3月19日两次对埕北海域进行的10个站位的同步海流、悬浮泥沙观测资料 ,进行该海区的悬浮泥沙输运趋势分析 ,发现该海区含沙量较大 ,从整个海区来看 ,底层含沙量大于表层含沙量 ,该海区泥沙含量普遍表现为东南部的泥沙含量高于西北部的泥沙含量 ;由单宽输沙量的计算及有关资料分析可以得出 ,秋季泥沙运移趋势是由东南向到西北向 ,而春季泥沙的运移趋势是由东北向到西南向 ;含沙量是随流速的加大而增加 ,含沙量的峰值稍滞后于流速的峰值 ;该海区为冲蚀海区 ,悬浮泥沙产生的平均年冲刷量为2cm/a 。

废黄河口海域潮流动力与悬沙输运特征

根据2006年废黄河口海域的悬沙、流速、流向的观测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对连续海流资料进行了分析,并结合悬沙资料,对悬沙质量浓度与潮流之间的动力关系进行了探讨。研究结果表明:该海域潮流属于正规半日潮流,潮流以往复流为主,离岸越远,旋转性越强;涨潮流流向以SSE为主,落潮流流向以NNW为主。悬沙质量浓度呈现近岸悬沙质量浓度高,向海逐渐降低的分布形态;悬沙质量浓度的垂直变化,从表层到底层由小到大,近岸悬沙质量浓度垂向梯度较大。悬沙质量浓度出现明显的周期性变化,悬沙质量浓度的峰值基本与海域半日潮流特点相对应,悬沙质量浓度的峰值一般出现在流速峰值之后。海域的悬沙在潮流作用下主要向南输运,与涨落潮的方向基本一致,涨潮单宽输沙量均大于落潮单宽输沙量。

风沙流中沙粒相输移的测量

在风洞内对风沙流中运动沙粒进行了粒子图像速度场（PIV）测量，通过调整进光量和降噪处理得到了满意的PIV图像与沙粒相的速度场．结果表明颗粒在空中的运动受到球形度、风速的影响：在1m／s来流风速下，在固定点处50～63μm沉降沙粒的垂向速度随时间的变化出现双峰性，其时均值抹平了瞬时速度的波动；随着风速的增大，沙粒受气流脉动作用的影响越发显著，当来流风速增大到3．5m／s时，观察域内的63～80μm沙粒处于悬移状态；当来流风速为5m／s时，整个测量流场内沙粒的垂向速度的平均值为正值，方向向上．采用图像处理的数字掩码技术，处理图像得到了沙粒在流场中的面密度以及单宽输沙率．分析指出实验的误差主要是由沙粒的粒径尺寸和沙粒图像形心位置的不确定性所造成，且提出减小误差的措施．

胶州湾海域潮流动力特征及其与含沙量的关系

根据2009年胶州湾海域的悬沙、流速、流向的实测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对连续海流资料进行了分析,并结合悬沙资料,对含沙量与潮流之间动力关系进行了探讨。研究结果表明:该海域潮流属于正规半日潮流性质,半日分潮流的东分量大于北分量,潮流以带有旋转性质的往复流为主,涨潮流流向偏西,落潮流流向偏东。胶州湾内含沙量分布特征与海底沉积物粒径特征基本一致。含沙量在涨落潮的交替和流速的更迭作用下出现明显的周期性变化,含沙量的峰值基本与海域半日潮流特点相对应,几乎每1个流速峰值对应1个含沙量的峰值,含沙量的峰值一般出现在流速峰值之后。胶州湾口处流速和单宽输沙量都为最大,涨潮单宽输沙量大于落潮单宽输沙量,输沙方向为偏西向。

风沙运动研究中的若干关键力学问题

针对沙漠化(严重时导致沙尘暴发生)这一国家关注的重大环境问题,在简要介绍风沙运动力学机 理研究的主要发展阶段和部分最新研究进展的基础上,提出了风沙运动研究中值得关注的若干关键力学问题.

湄洲湾秀屿港进港航道悬沙分布特征和运移趋势

湄洲湾秀屿港是福建海岸重要的港口之一，港口发展需要了解湄洲湾海域的海流及悬沙分布变化特征．本研究对湄洲湾秀屿港进港航道3个站位进行周日连续水文、泥沙观测，通过对获取的数据进行分析比较，得出湄洲湾秀屿进港航道泥沙变化特征和运移特征．湄洲湾潮流为正规半日潮流．由于受地形所制约，潮流为比较稳定的往复流．涨、落急时刻流速大，含沙量随之增大并形成于底层．由于湄洲湾无大径流输沙，周边海岸的侵蚀输沙影响也不大，海域悬沙量浓度主要取决于潮流掀沙．本调查区域悬沙的颗粒主要集中在0．004-0．063mm，现场测定的海流流速与泥沙的启动流速相关，流速与泥沙的浓度基本是正相关关系．湄洲湾余流总趋势是表层向外，底层向内，在近湾顶的秀屿西北海区存在潮汐余流环流，断面净输沙量进大于出．

鸭绿江西水道口悬沙动力特征

根据鸭绿江西水道口外两个站位大小潮实测悬沙数据,结合表层沉积物特征及潮流动力分析结果,从悬沙浓度、悬沙输沙量和悬沙粒级3个方面,分析了悬浮泥沙浓度大小潮时空变化特征及其与潮汐、潮流动力因素的关系,净输沙量特征及输沙方向、悬沙各粒级百分含量与涨落潮及泥沙沉积物之间的关系等内容。计算分析表明:影响悬沙动力特征的主要因素为空间位置、动力强弱及泥沙源;1#站位细粒沉积物丰富,潮流及输沙受口门地形控制,2#站位地形平坦,沉积物颗粒粗,泥沙源来自异地;悬沙浓度受潮流、潮汐动力影响呈规律性变化,输沙量受潮流动力、泥沙来源双重影响;两个站位悬沙粒级百分含量随涨落潮的峰值变化及与流速、流向、潮位的对应关系的不同,有效的指示了沉积物空间分布特征,反映了外部环境对悬沙的作用过程。

厦门湾悬沙分布特征与动力分析

利用2011年1月厦门湾3个观测站声学多普勒流速剖面仪(ADCP)回波强度数据与现场水样采集反演出了悬沙浓度,并估算了单宽输沙量.经统计分析表明,厦门湾冬季1月份整体悬沙浓度较小,西海域悬沙浓度大于东海域,近水面悬沙浓度小,由表层到底层逐渐递增;而在时序分布上,悬沙浓度变化与潮流密切相关,呈现出往复运移的趋势,并且大潮期间的悬沙浓度大于小潮期间的悬沙浓度.此外,厦门湾内单宽输沙量一般在半潮面时最大,而在湾外,单宽输沙量在接近平潮或停潮时达到最大,冬季净输沙量整体较小.

黄河口挑河河口悬沙分布与输移特征研究

基于实测资料对黄河废弃河道挑河河口段的悬沙分布及输移特点进行了研究。结果表明:挑河河口段悬沙浓度与潮流流速正相关,风浪作用则导致悬沙质量浓度大大提高;在空间尺度上悬沙浓度呈河口高、河道上游低的特点;挑河河口附近,涨潮流输沙明显占优势,向河道内侧,悬沙输移率有所降低,且逐渐转变为落潮输沙占优势。结合河口外侧海域冲淤演变趋势以及悬沙输运动力机制,认为河口段河道总体处于弱淤积状态,而风浪作用可以加速河道淤积。本研究可为挑河的河口演变和航道整治等提供参考。

大风影响下的莱州湾西岸单站底层泥沙输运特征分析

基于2018年10月21日至11月6日莱州湾西岸连续站观测数据,本文利用集合经验模态分解、希尔伯特-黄变换和小波分析法对底层单宽输沙率的小尺度特征做分析,并针对观测期间出现的大风天气对泥沙输运的影响进行了探究。结果表明,单宽输沙率在观测时间段内具有高频、潮周期、低频以及长周期尺度变化特征,周期尺度从小到大。其中高频和潮周期分量方差贡献率及所含能量最高,对输沙率的影响最强。边际谱显示东西方向输沙率的显著周期为13.3 h,南北方向大于11 h的周期较为显著。观测期间底层净泥沙通量分别为东向305.77 kg/m、南向597.25 kg/m,余流分量贡献最大,低频和高频分量贡献最小。上强迫风场主要在风速衰减期通过湍流和波浪影响输沙速率的时频分布,使其低频变化显著增强的同时,产生1 h周期左右的高频波动。交叉小波分析显示,风速和单宽输沙率在低频波段上相干性较强,且单宽输沙率会滞后风速1/4至1/2个周期。另外,风浪会增强泥沙输运的涨落潮不对称性,进而增加潮周期分量上的泥沙净输运。

洋山港悬沙输移对冲淤环境的影响分析

洋山港区通过堵汊吹填兴建了北港区,边界条件的改变对海区流场结构以及泥沙运动产生影响,进而影响到地形的冲淤,通过应用"ADCP测沙"技术,对洋山港区悬浮泥沙的运动有了总体认识。分析成果表明:洋山港区含沙量分布涨落潮略有差异;主通道涨潮挟沙能力大于落潮,南北汊道的落潮挟沙能力大于涨潮;洋山港区输沙量大进大出,大潮微冲,中潮冲淤基本平衡,小潮淤积,相对而言,涨潮动力对洋山港区的地形演变作用较大,即涨潮从东部带来的泥沙,部分淤积于港区的西南部,其中又以小潮对淤积的贡献为大;南北岛链间现存的3个汊道分泄主通道下泄泥沙、减轻港区淤积的作用不可忽视。

庄河新港悬沙输运特征及现状冲淤分析

根据2010年庄河新港附近海域的悬沙、流速、流向的实测资料，通过对全潮单宽输沙量的计算，并结合悬沙资料，对含沙量与流速之间动力关系以及泥沙运移规律进行了探讨，研究结果表明：各站流速与含沙量关系对应较好，大潮期间，含沙量的峰值与流速峰值相对应；小潮期间，几乎每一个流速谷值对应一个含沙量的峰值，即流速达到最大值时含沙量处于谷值，经过2-3h含沙量才达到峰值；本海区泥沙具有由东向西方向的运移趋势；庄河新港现阶段在港池、航道处均出现泥沙淤积，淤积量较大。

堵塞坝溃决对上游来流及堵塞模式的响应

"5·12"汶川地震诱发了大量山体滑坡,导致山区沟道内形成大量松散堵塞坝,其在山洪作用下可能发生溃决,而上游来流及堵塞坝形态对堵塞坝的溃决模式具有重要影响。通过水槽实验研究了不同上游来流条件及堵塞坝形态条件下堵塞坝的溃决过程,将堵塞坝的溃决模式概括为4种:正常溢流、洪水过坝冲刷、无爬高侧蚀以及爬高和侧蚀。研究了不同溃决模式下,堵塞坝的坝体溃决过程和机理,分析了不同溃决模式下溃口流量、溃决历时及溃口发展规律之间的差异。在前人研究成果的基础上,分析了正常溢流模式和无爬高侧蚀模式的溃口发展数值计算模型,借助于Meyer-Peter与Müller泥沙输移公式,计算了洪水过坝冲刷模式下,坝体溃决过程中单宽冲刷率的变化规律,并与实测值比较吻合良好。由于水流与堵塞坝相互作用的复杂性,目前对单个堵塞坝的溃决机制及沟道内多个堵塞坝级联溃决机制等问题的研究仍然不够深入,需要开展大量的研究工作。

南黄海辐射状沙脊成因的沉积动力学研究

自南黄海辐射状沙脊被发现,尤其是江苏省海岸带和海涂资源综合调查揭示了其全貌,并同时测得辐射状沙脊区存在辐射状潮流场(任美锷,1986)以来,对南黄海辐射状沙脊的成因,主要包括其形成的水动力条件、物质来源、形成机理与形成过程等,本领域学术界一直存在争论(李从先等,1979;任美锷,1986;李成治等,1981;周长振等,1981;万延森,1982;刘振夏,1983;刘振夏等,1983,1995;耿秀山等,1983;

蠕移沙粒流体起动风速的实验研究

设计制作了能够有效避免沙槽下风端沙粒塌陷的蠕移沙粒集沙仪,并分析了该集沙仪中集沙槽的高度和厚度对单宽蠕移输沙率实验测量结果的影响,给出了集沙槽的合理高度和厚度;利用该集沙仪在风洞中测量了不同风速下的单宽蠕移输沙率,外推给出了沙粒的流体起动风速。

空中碰撞对风沙跃移运动的影响

针对目前描述风沙跃移运动的理论模型均未考虑跃移沙粒在空中所发生的碰撞对输沙率影响的问题,通过硬球碰撞模型给出一计算跃移沙粒在空中发生碰撞时其速度的表达式,并通过考虑风场-沙粒间的相互耦合作用和跃移沙粒在空中发生碰撞的概率,计算出跃移沙粒在空中发生碰撞时的单位面积输沙率和单宽输沙率,并给出其变化规律.结果表明:考虑跃移沙粒空中发生碰撞时的单位面积输沙率和单宽输沙率都比不考虑空中碰撞时的小,且更接近实验值;不考虑空中碰撞与考虑空中碰撞时的单位面积输沙率之差随着轴线风速的增大而增大,随着高度的增加先增大后减小,呈现"分层结构"。