基于挟沙力方法的潮滩剖面形态演变数值模型

为研究波流共同作用下的潮滩剖面形态演变,推导了基于切应力方法的挟沙力公式,开发了基于挟沙力方法的潮滩剖面形态演变数值模型,模拟结果与Delft3D模型基本一致,计算效率明显提升。分别采用切应力方法和挟沙力方法模拟潮滩形态的演变过程,挟沙力方法在潮间带上部区域的模拟效果优于切应力方法,更容易模拟出淤积条件下的上凸形剖面,整体剖面形态更接近实测剖面。计算模拟了潮滩剖面在不同波浪条件下的演变过程,波浪对潮滩形态有极强的塑造作用,入射波高的提升加剧了潮间带的侵蚀,形成明显的下凹形剖面。

低压浑水管道输沙规律研究及水流挟沙力计算

【目的】确定输水工程适宜运行的水力条件。【方法】以巴音沟河流域输水工程为研究对象,通过数值模拟的方法研究不同泥沙质量浓度、压力条件下浑水管道输沙规律及水流挟沙力特性。【结果】(1)管道断面垂向泥沙质量浓度分布受压力、体积含沙量及管径等因素的影响;当压力及管径较小时,泥沙淤积厚度为6.3~8.0 mm,压力及管径较大时,在Y=-0.07区域以下淤积较多,淤积厚度达到8.6~9.4 mm;(2)同一管径及流速下,随着体积含沙量的增大,该区域流速梯度增大,最大增幅为14%;(3)随着水流速度增大,水流挟沙力增大,悬移质质量浓度也越大,但是悬浮指标逐渐变小。【结论】在低压浑水管道中,管径越大、泥沙质量浓度越大、压力越小,水流挟沙力越小,泥沙越容易淤积。

西方学者水流挟沙力公式剖析研究

水流挟沙力计算是解决河流动力学理论与工程实际问题的至关重要环节。西方学者水流挟沙力研究比我国起步早,对学科发展过程影响较大。本文系统回顾了西方学者的水流挟沙力公式研究发展状况,详细阐述公式建立思路、推导过程以及细节处理,剖析理论和实用价值及缺陷。结合黄河下游悬移质泥沙为主的实测资料检验,表明西方及受其学术思路影响学者的挟沙能力公式的建立多参照了推移质输沙公式思路,物理图形不符合黄河的悬移质输沙实际,故相比于常用国内学者公式,计算精度明显较低,难以满足多沙河流上工程计算需要。针对各公式的具体结构形式,本文将水流挟沙力公式表达为阻力系数项、水流动力项、泥沙因子倒数项与常数项的乘积,结合黄河土城子河段高精度水流挟沙力观测资料,辨析相关因子特征,认为西方学者及受其影响的水流挟沙力公式在结构上弱化了泥沙影响因素的作用,且大都存在水流挟沙力同阻力系数成正比的理论缺陷,难以体现河床和水流的自动调整作用,不能通过实测资料率定系数、指数的途径提高公式的使用价值。

关于水流挟沙力的非完全自相似分析

张瑞瑾挟沙力公式在泥沙工程计算中已得到广泛应用,然而如何确定公式中的系数和指数,目前尚无有效的直接计算方法。从量纲分析入手,基于非完全自相似原理,提出了一种新的挟沙力分析方法,并采用水槽实验资料进行了检验和详细说明。分析结果表明:张瑞瑾公式中的指数可表达为V/ω(其中V为水流平均流速,ω为泥沙颗粒沉速)的对数函数,而其系数则与V/ω成幂函数关系。通过考虑V/ω对公式系数和指数的影响后,挟沙力公式的预测精度明显提高,计算误差可减少36%~49%。由于所用资料的范围有限,提出的公式普适性有待验证,但所采用的分析方法可能也适用于其他挟沙力问题。

明渠水流挟沙力与紊动特性相互关系的简化分析

过去有关明渠水流挟沙力的研究均采用了维利坎诺夫或张瑞瑾的能量平衡观点,通常将挟沙力S_(v*)表达为无量纲参数U^(3)/(ghω)的线性或幂函数。目前对挟沙水流能量变化机理的认识仍然有限,基于能量平衡的挟沙力分析方法还有待完善。通过考虑明渠水流的紊动特性,提出了一种挟沙力分析的简化方法。所获得的公式结构与前人的结果基本一致,即S_(v*)与U^(3)/(ghω)和f^(1.5)呈线性关系,其中f为阻力系数。通过引入表征水流紊动的特征参数,该方法可推广应用于高含沙水流和非均匀流等复杂情况。

水流挟沙力计算公式比较分析

泥沙输移是流域土壤侵蚀、搬运和沉积过程中一个很重要子过程,而水流挟沙力是表征在一定条件下水流挟带泥沙能力的综合指标,也是径流分离土壤、输移泥沙的控制参数之一。本文对目前被广泛采用的坡面和沟道水流挟沙力计算公式的建立条件和理论基础进行了简要阐述,比较分析了各公式的应用可能性和局限性。

关于沉沙池计算中的水流挟沙力

一度流超饱和输沙法是考虑了超饱和输沙特点的泥沙沉降计算方法．沉沙池内水流挟沙力是一定水力和床沙组成条件下水流挟带床沙质的能力．从已建沉沙池沉降标准、池内设计水流水力以及床沙组成条件来看，沉沙池运行前期、中期水流挟沙力一般都很小．用一度流趋饱和输沙法计算沉沙池沉降率时可不考虑水流换沙力的影响．均匀流条件下，用不考虑挟沙力和考虑挟沙力的一度流超饱和输沙法分别计算沉沙池的沉降率，二者相对误差取决于挟沙力与进口含沙量之比，该比值小于0．2时，相对误差小于20％．沉沙池内挟沙力与进口含沙量之比小于0.2时，用一度流趋饱和输沙法计算沉沙池的沉降率，可不考虑水流挟沙力的影响．

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。

分组水流挟沙力级配计算方法初探

从非均匀悬移质输沙不平衡条件入手,借助国内外大量的研究成果和计算方法,结合多年来黄河实测资料,建立了一套适合于黄河特点的分组水流挟沙力级配计算公式,认为分组水流挟沙力级配不仅与床沙级配有关外,还与上游来沙有关。

江苏辐射沙洲潮流水道挟沙力的分析与构建

根据江苏省辐射沙洲潮流水道21个站位的连续两个潮周期的潮流、含沙量实测资料，利用比较分析和数据回归研究方法，对各潮流水道的挟沙力计算式进行分析，拟合构建了江苏省辐射沙洲海域主要潮流水道相应的挟沙力动力表达关系式。利用4#～15#站位测量数据及相应计算结果计算拟合得出了相应所在潮流水道的挟沙力关系式。同时拟合给出了4#-24#站位所在水道的水流挟沙力计算式，并发现16#-24#站位所在潮流水道的水流挟沙力关系和4#-15#测站所在水道的水流挟沙力关系式有所差别，为此，另外拟合得出了16#-24#站位所在潮流水道相关性更强的实用挟沙力经验关系式。

波、流共存时的水体挟沙力

从边界层理论建立了床面剪切力 ,进一步以能量理论导出了波、流共存时的水体挟沙力公式 ,并利用现场资料得出有关系数。

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．

聚类统计方法在高含沙水流挟沙力公式验证中的应用

本文先将挟沙力公式的计算值和实测值进行标准化,然后将聚类统计的方法运用于挟沙力公式的检验。对挟沙力公式按其计算结果的点群趋势和数值的接近程度进行定量分类,最后根据类的优劣评价不同公式。该方法既实现了从定量上对公式的评价,又克服了因检验资料数值差异过大引起的误差。文中选取了6组高含沙水流挟沙力公式进行聚类统计,结果表明这6组公式可分为3类,第一类公式包括张红武公式,第二类包括窦国仁公式、舒安平公式,曹如轩公式和刘兴年公式;第三类公式包括刘峰公式,且第一类公式与不同水流条件的实测值符合得最好。

非均匀沙水流挟沙力公式的初步研究

本文以“制紊假说”为理论基础 ,从能量平衡出发 ,考虑了浑水相对粘滞性、上游来水来沙条件及床沙级配等因素对水流挟沙力的不同影响 ,建立新的非均匀沙分组水流挟沙力公式。收集天然河道实测水文资料 ,对公式中的系数进行率定 ,并验证所建立的公式。结果表明 ,使用本文建立的非均匀沙水流挟沙力计算公式 ,能计算一般含沙量及高含沙水流的挟沙能力 。

水流挟沙力分析与探讨

水流挟沙力是悬沙输运计算中非常重要的问题之一,其计算形式常采用基于重力理论的经验和半经验公式。本文针对目前广泛采用的2种挟沙力关系式,选用4组实验水槽数据和2组天然河道实测资料分别讨论其关联性。结果表明,不论指数m在其取值范围内取何值,2个表达式皆存在一定的函数关联性。且当指数m取1和2/3时,直接表现出很强的线性关联。在挟沙力计算中采用流速的平方关系式,物理意义清晰,形式简单。在实际应用时,适当选取系数,挟沙力采用形式简单的平方关系式是完全可行的。

基于挟沙力的三峡水库泥沙淤积形态分析

三峡水库蓄水运用后,泥沙淤积主要分布在常年库区的宽谷和弯道,峡谷则无累积性淤积。基于实测资料计算了三峡成库前(2001年)和成库后(2003—2011年)的挟沙力,结果表明挟沙力随着不同运行阶段坝前水位的抬高而逐步降低,宽谷河段降低幅度较大,峡谷河段降低幅度较小,泥沙淤积比率逐步增大。宽谷河段挟沙力普遍降至含沙量以下而发生淤积,峡谷河段挟沙力仍大于含沙量而无累积性淤积。流量越大,宽谷河段的挟沙力越小于含沙量,而峡谷河段的挟沙力越大于含沙量,表明宽谷河段淤积主要发生在汛期,而峡谷河段汛期以冲刷为主。由于细颗粒泥沙絮凝沉降以及黏性淤积物难以冲刷,恢复饱和系数淤积取1、冲刷取0.01得到的沿程淤积量计算值与实测值吻合较好。弯道河段计算的淤积量与实测值差异较大,表明弯道河段二维特征明显,利用一维的挟沙力计算淤积量不能适用。

河床冲淤幅度判别指标与水流挟沙力公式验证

以河床变形方程为理论基础,提出了河床冲淤幅度判别指标,为资料的选取及适应性评价提供了一个统一的标准。采用经这个判别指标界定的黄河中下游实测资料,对若干在黄河上较有代表性的公式进行了检验,结果表明:对于微冲微淤资料,张红武公式计算点群较集中地分布在45°线两侧,计算值与实测值吻合最好;吴保生、刘兴年、曲少军3家公式计算结果较为接近,从计算值与实测值对比情况看,点群较为分散且偏小;曹如轩公式计算值与实测值相比偏大且点群散乱;刘峰公式计算值与实测值相比偏大甚多。这也说明了现有挟沙力公式本身对冲淤判别非常不灵敏,对冲淤的反应功能都相当弱。同时表明,在水流挟沙力公式验证中引入冲淤幅度指标可以增强所选资料的合理性,具有较好的实用性。

长江口水流挟沙力公式初步研究

本文根据泥沙运动理论和水流能量平衡原理,结合水流对泥沙的作用效果并分析了现有水流挟沙力公式的适用条件,通过实测资料的整理和研究,推导得出长江口水流挟沙力公式。结果表明,河口半潮平均挟沙力应考虑水流对悬移质的输送和对床沙中悬移质的上浮,同时还应考虑河口其它动力因素(如风、波浪等)及其各类动力过程的非线性作用效应对水流挟沙力的贡献。本文提出的公式从泥沙输运及悬浮的角度去分析河口水流挟沙力,从而有利于河口冲淤特性的分析研究。对长江口而言,洪季水流对泥沙的输运作用大于悬浮作用,落淤的可能性大于冲刷;而枯季水流对泥沙的作用则以悬浮为主,冲刷的可能性大于落淤,从另一侧面解释了长江口"洪淤枯冲"的现象。

河流冲泻质挟沙力研究

本文根据多沙河流冲泻质常与床沙质相互转化的事实及试验研究成果，发现在一定水流条件下冲泻质同床沙质相互转化的临界判别标准不仅是分界粒径，同时还存在水流挟带冲泻质能力的问题，两者是同一问题的两个侧面。文中提出了（严格意义的）冲泻质与广义冲泻质的定义。作者通过水槽试验及野外实测资料的分析，提出了冲泻质挟沙力关系式。挟沙浓度与沙粒摩阻流速的３次方成正比而与粒径的３／２次方成反比。在一定水流条件下，当一定粒径的来流冲泻质浓度超过相应挟沙力时，冲泻质泥沙就会淤积转化为床沙质。通过国内外大量河流实测资料的验证表明，本文得到的挟沙力关系与实际河流资料符合较好。

近岸水流挟沙力探讨

在比较挟沙力公式中两种常用水动力因子的基础上,从二维垂向悬沙扩散方程出发,推导了垂向平均含沙量的计算方法,提出适用于近岸海域的新挟沙力公式。公式形式简洁、物理意义清晰,并在两个海域得到了较好的应用。与两个常用的挟沙力公式相比计算精度更高,表明所提出的挟沙力公式具有较高的应用价值。