坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验

高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明:(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力研究述评

本文对国内外有关潮流和波浪作用下的悬移质挟沙能力的研究成果进行了全面系统总结和分类，分析各类挟沙能力公式的优缺点。最后，指出只有系统地研究床面泥沙交换的微观机制，引入新的理论和方法才能使潮流和波浪作用下挟沙能力的研究取得较大的进展。

水流挟沙能力公式的转化与统一

本文首先基于悬移质运动效率系数等泥沙悬浮能耗的概念建立了水流挟沙能力统一结构式公式;然后对前人众多的水流挟沙能力公式进行分类、归纳为含沙量型与输沙率型两种主要形式,并通过进一步的推导转化,可将现行的主要挟沙能力公式统一于结构公式中,表明统一结构公式具有良好的通用性与实用性。文中最后应用黄河、长江等大量的天然实测资料对张红武等4家同时能适应于高、低含沙水流挟沙力公式的可靠性进行验证分析,结果表明张红武和作者公式的计算精度比较符合实际,建议在实际工作中加以应用。

粘性细颗粒泥沙挟沙规律试验研究

通过粘性细颗粒泥沙水槽试验研究，证实粘性细颗粒泥沙在一定的水力泥沙条件下，存在水流挟沙力，其本身的输沙能力受到粘性泥沙的水流挟沙力限制；但是在另外一些水力泥沙条件下，粘性泥沙的水流挟沙力很大，河流中的粘性泥沙表现为冲泻质的性状，并不受到粘性泥沙水流挟沙力的制约。另外，从研究粘性泥沙本身所特有的电化学性质出发，介绍了所推导的粘性泥沙水流挟沙力的计算公式。

黄河悬移质非均匀不平衡输沙挟沙力计算

基于非均匀非平衡状态下挟沙力级配的研究成果,利用系统的黄河干支流资料,进行了混合沙挟沙力与实测含沙量符合性的对比分析。表明在非均匀沙不平衡输沙条件下挟沙力级配不同于悬沙级配,用挟沙力级配计算挟沙力更确切反映黄河干支流泥沙多来多排的输沙特点,说明该项研究成果在理论上是必要的,在实际中是可行的。

甘河加格达奇断面冰凌挟沙试验与分析

以数据资料完备的甘河加格达奇段为研究对象进行试验测定冰体含沙率、冰体密度等,监测冰厚变化过程,并结合大兴安岭水文局已有的实测数据与基本资料,估算了2011～2012年甘河加格达奇水文站断面上游河段最大冰厚时的结冰总量与冰凌挟沙量,并对试验方法进行了初步探讨。

挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟沙水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟沙水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟沙率与水流饱和输沙率相等时，冲刷率降到０。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值５０ｔ／ｍ２。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有相同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与干容重及摩阻流速之比构成的无因次数ＡＲ代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。ＡＲ值愈大，河床演变对变化的水流愈适应。对天然河流最大河床冲刷率采用实验得出的冲刷率公式和河床惯性进行了计算，用实测结果验证了冲刷率公式。

坡面水土保持林地地表径流挟沙能力研究

以晋西黄土残塬沟壑区刺槐林地、油松林地、草地、农地为研究对象 ,利用野外放水试验的方法 ,研究了水土保持林对坡面径流的影响和坡面径流的挟沙能力 .结果表明 ,各地类径流的挟沙能力顺序为 :油松林地 <草地 <刺槐林地 <农地 .在分析各地类流速和泥沙含量的基础上 ,提出了各地类在一定流速范围内地表径流的挟沙能力 .同时利用统计分析提出了利用坡面流速计算侵蚀量的回归模型 .

明渠挟沙水流的两相流模式

本文从两相流基本方程出发对明渠挟沙水流含沙量、流速垂线分布及近底层平均流动特性进行了理论研究，建立了一个新的泥沙扩散方程，并用大量资料进行了验证．结果表明：现有含沙量公式和流速垂线分布公式只是本文理论模式在低含沙量条件下的简化形式。当含沙量增加时，固相泥沙对流动结构的影响亦趋显著而不可忽略．精确模拟水沙流动，需要发展高级的两相湍流模式．

泥沙对挟沙水流流动结构影响的研究

应用MicroADV研究了不同粒径的泥沙颗粒在不同水力条件下对水流流动结构的影响。实验发现:挟沙水流流动结构的变化不仅与颗粒的大小密切相关,而且与水流流动条件有关,颗粒对水流结构的影响随着水力条件的变化而改变:在强水流条件下,不论粗、中、细泥沙都不改变主流区的流速分布及紊动强度;在中等强度水流条件下,粗、中、细三种颗粒的加入都使流速大于相同条件的清水水流,而其紊动强度则较清水水流低;在弱水流条件下,三种颗粒的加入都不改变水流的流速分布,但粗颗粒使水流紊动强度显著增大,而中、细颗粒基本不改变其紊动强度。

粗细泥沙挟沙能力研究

文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式 ,反映出含沙量、来沙量、级配和粘性对挟沙能力的影响。

挟沙水流中空泡溃灭的实验研究

利用高速摄影方法观测了挟塑料沙水流中不同流速、不同含沙量工况下由电火花生成的空泡的溃灭过程，分析了水流流速对空泡运动形态的影响。

瓯江河口挟沙能力的初步探讨

在分析瓯江河口潮流泥沙特性基础上 ,认为瓯江口挟沙能力与水动力及泥沙等因素密切相关。采用断面垂线平均的处理方法 ,引入背景含沙量的概念 ,线性回归拟合出瓯江口挟沙能力公式 。

挟沙能力级配及有效床沙级配的确定

本文首先阐述了在一般条件下挟沙能力级配及有效床沙级配的方程,这些方程均由三部分组成,这三个部分既决定于床沙级配,又决定于含沙量级配.其次给出了,几种特殊条件下挟沙能力级配及有效床沙级配的表达式,及其在某些条件下的简化.最后阐述了这些公式运用于水库与河道中的举例;这些例子表明,通过挟沙能力级配及有效床沙级配的引进和方程的建立,不仅能进一步揭示非均匀沙不平衡输沙的机理,而且能拓宽其研究领域,解释一些过去较难解释的现象. 在文献[1-4]中,我们提出了挟沙能力级配及有效床沙级配的概念,这对非均匀悬移质不平衡输沙研究是必要的,并且给出了它们之间的基本关系:式中P为挟沙能力级配,S*为混合沙挟沙能力,S*(L)为沉速等于ω_L时的均匀沙的挟沙能力,P为有效床沙级配或挟带第L组泥沙P,S*所需的水量百分数.正如在文献[5]中所指出的,式(1)是对在一般条件下——即非均匀沙不平衡输沙条件下,水流挟沙能力及挟沙能力级配的定义,由它可分别引出挟沙能力及挟沙能力级配的表达式.在文献[4、5]中,我们对挟沙能级配及有效床沙级配做了详细的阐述,进一步论证了式(1)的正确性;指出了强平衡条件下,有效床沙级配变为床沙级配,并且从文献[5]中得到S*=S,即挟沙能力恰为含沙量,挟沙能力级配恰为含沙量级配。

挟沙能力公式系数的最佳确定

水流挟沙能力反映了运动水体所能挟带泥沙的最大能力,确定水流挟沙力公式对于泥沙数学模型的发展具有重要意义,而关键是其系数的最佳确定。基于最小二乘法原理,对目前广泛应用的水流挟沙力公式中的系数确定提出了一种新的方法———枚举法。枚举法直接应用最小二乘法,有别于常用的先取对数后再进行回归分析的传统方法,通过误差分析和结果比较,表明枚举法确定的系数更合理,也提高了公式的精度,使公式能更客观地反映水流挟带泥沙的实际能力。枚举法简单实用,是目前确定水流挟沙力公式系数的最佳方法。

悬移质挟沙能力水槽试验研究

利用0.03 mm黄土和卵石碾成粉末制成的0.03 mm人工沙,0.06 mm黄土,0.13 mm黄沙,共计4种沙样,在槽长33 m,宽1.25 m,深0.5 m,可以调节坡度的钢板水槽内按系统试验方法进行饱和含沙量试验.进槽含沙量较高,含沙量沿程降低,底部泥沙淤积,形成沙波,待水流中含沙量在1～2 h内保持不变时,定义为极限或饱和含沙量.每次试验测定含沙量、流速、水深、水面比降、悬沙颗粒级配、槽底泥沙淤积比降、槽底泥沙颗粒级配等数据,探求细粒泥沙在一定条件下的饱和悬沙含量,即悬移质挟沙能力.试验观测及理论分析表明,在恒定均匀水流条件下,浑水悬沙饱和含沙量取决于悬浮泥沙的沉速、水流流速、水深、水力半径、水面比降、底部淤沙粒径各水沙因子.在寻求挟沙能力经验公式中,除水流本身紊动挟沙外,还应考虑底部含沙量,淤沙粒径,包括糙率(沙波高度)和底沙运动,对输沙的影响,所求得的经验公式包括Velikanov公式诸因子以及底沙受水流剪力流速和底沙粒径的比值的因子.天然渠道资料检验说明了公式的适用性.

挟沙水流卡门常数的理论研究

挟沙水流的流速分布,特别是其中的卡门常数,一直是冲积河流水力学研究的热点问题之一。实测资料表明挟沙水流流速分布仍遵循对数流速分布规律,但在主流区的卡门常数要小于清水时的卡门常数,而在近底区的卡门常数与清水基本一致。在引入颗粒切应力的基础上,从理论上推导了同时适用于主流区和近底区的统一流速分布模型。利用该流速分布模型,得到挟沙水流的卡门常数沿垂线是变化的结论,即从近底区的约0.4渐变到主流区的小于0.4。并给出了主流区卡门常数的理论表达式,认为主流区卡门常数与近底区的泥沙浓度和泥沙粒径有关。该卡门常数的理论公式与实测资料较为吻合。

挟沙气流输沙率研究

从挟沙气流中反映风沙输移特征的两个代表性无量纲参数———输沙率参数和特征风速参数之间的关系入手 ,结合大量的实测输沙率资料 ,对各家形式各异的输沙率公式进行了分析和比较 ,发现了各家公式在结构上的统一性 ,指出了现行输沙率公式适用范围的局限性。研究表明 ,现有各家输沙率公式不能完全概括实测输沙率资料所反映的各类规律。为此 ,本文提出了适用范围较大、具有一般结构形式的输沙率公式。该公式可以概括目前实测输沙率资料反映的各类规律和各家输沙率公式。文中利用实测输沙率资料分析了一般结构形式的输沙率公式中各参数的变化特点 。

挟沙水流紊动扩散系数的研究

本文通过理论分析，得到剪切紊流中紊动粘性系数υｔ（紊动扩散系数）沿水深服从Ｆ分布，用于计算悬移质含沙量沿垂线分布与Ｒｏｕｓｅ公式、张红武公式一致，规律符合实际，可用之于紊流计算与分析．

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。