基于MEMS的推移质卵石运动轨迹研究

基于MEMS传感器的推移质卵石轨迹的研究方法是通过对数据集进行物理学分析找出每个运动时刻的加速度特征,以此作为识别轨迹的特征值。论文通过传感器获取数据传送到电脑端,再通过数据分析,使数据转变为空间中的坐标点,以此来记录推移质石块的运动。最后结果表明,该方法可以成功记录推移质石块的运动轨迹,可以为后续推移质卵石运动的深度研究提供有力支撑。

金沙江下游三堆子河段卵石推移质输沙率公式研究

金沙江上中游梯级水库运用后,进入下游的悬移质输沙量大幅减少,水沙条件显著变化;同时,卵石推移质输沙量在总输沙量中的比重明显增加,对水库淤积进程影响显著,开展变化水沙条件下金沙江下游卵石推移质输移规律研究具有重要意义。基于下游入口三堆子水文站2008—2021年卵石推移质实测资料,对经典起动流速公式和推移质输沙率公式进行了检验与修正。结果表明:与经典起动流速公式计算结果相比,通过引入以卵石粒径为变量的系数,所得到的不同粒径范围的卵石推移质起动流速修正公式,计算精度显著提高;经典推移质输沙公式的计算结果在输沙强度较低时与实测值偏差很大,通过建立输沙强度与水流强度的关系,并引入隐暴参数对公式进行修正,明显提升了其在低输沙率情况下的计算精度。修正后的起动流速公式和推移质输沙率公式能更有效地反映三堆子河段卵石推移质的输移规律。

水沙变化情势下金沙江下游卵石推移质输移规律

基于三堆子水文站历年水文泥沙和卵石推移质实测资料,分析了金沙江下游水沙情势的变化及卵石推移质输移规律。分析结果表明,金沙江上中游梯级水电站运行后造成了下游径流及泥沙年内过程的重新分配,水库拦洪削峰导致较大流量出现的概率减小,径流量变化不大,输沙量显著减少。金沙江下游卵石推移质输沙率与流量的高次方成正比,水沙变化情势下卵石推移质输沙量显著减少,不同流量的卵石推移质输沙率减小。卵石推移质级配随着流量的增大而变粗,水沙变化条件下卵石推移质级配发生了明显粗化。

川江卵石推移质输移的随机性

推移质运动及输沙率是河流动力学的基本问题之一。通过对川江河道实测卵石运动速度及输沙率的整理分析,可知卵石为运动距离短,停歇时间长,平均运动速度低,运动具有很强的随机性及不连续性。对卵石推移质输沙量的年际及年内的变化规律分析表明,卵石推移质输沙率的变差大,统计分布分散,也具有很强的随机性特征。河床断面形态及其相邻河道特性对输沙率也有较大的影响。

卵石推移质输移脉动特性研究

为了探明卵石推移质输移脉动特性,对卵石推移质输沙率脉动试验野外实测资料进行了统计分析。实测资料结果表明,卵石推移质输沙率过程具有明显的随机性,其表征卵石推移质输沙脉动特性的特征值与采样历时密切相关。卵石推移质单宽输沙率的脉动标准差、离差系数、无量纲脉动强度以及无量纲极差值均随采样历时增加而减小。单宽输沙率的无量纲极差值最大为8.0左右,当采样历时t 600 s时,无量纲极差值Z 4.0,当采样历时t 2400 s时,无量纲极差值Z 2.0。单宽输沙率的离差系数最大为2.0左右,当采样历时t 1200 s时,离差系数Cv 1.0,当采样历时t 3000 s时,离差系数Cv 0.5。单宽输沙率的无量纲脉动强度最大为10.0左右,当采样历时t 1200 s时,无量纲脉动强度E′5.0,当采样历时t 3600 s时,无量纲脉动强度E′2.0。

水库下游近坝段卵石推移质输沙率的研究

水库下游近坝河段推移质输沙问题十分复杂,涉及到多方面因素的影响。本文分析了水库下游近坝河段卵石推移质的产输规律,引入临界起动粒径的概念,建立适用于近坝河段的起动流速公式。选择适用于近坝河段的成勘院经验公式并对参数加以率定,结合近坝河段起动流速公式建立近坝河段的卵石推移质输沙率公式,经检验结果基本吻合。

长江上游寸滩站卵石推移质输沙规律研究

以长江上游寸滩水文站14 a实测的卵石推移质输沙率资料为基础,对常见的卵石起动和输沙率公式进行验证。计算结果发现:各公式精度不高,不能准确反映寸滩站卵石推移质输沙规律。对实测资料进行分析整理,引入了以卵石粒径本身为变量的系数,建立了卵石起动流速公式,并对以流速为主要参数的推移质输沙率公式进行修正,建立了适合寸滩站的卵石推移质输沙率公式。验证结果表明所提出的公式具有较好的精度。

三峡库尾卵石推移质输移对航道的影响

长江经济带建设发展迫切需要三峡库尾航道等级由3.5m提升至4.5m,而库尾推移质运动是必须解决的泥沙问题。采用三峡库尾航道水沙二维数学模型,根据2009—2016年三峡入库水沙资料,模拟变动回水区重庆至涪陵段推移质运动过程,将其冲淤分布及断面输沙量与实测资料对比,验证该数值模型的可靠性。以此为基础,预测30a后三峡库尾航道推移质冲淤趋势,分析重点滩段航道内推移质冲淤分布、幅度以及输沙带特性,揭示推移质输移对航道的影响。该研究结果可为三峡库尾重庆至涪陵段4.5m航道等级提升建设的方案设计提供数据与技术支撑。

岷江卵石推移质泥沙与数量特性

根据区域地质与地貌及其对卵石岩类组成的影响，将岷江下游卵石来源分为三个补给区及汇合区，用各补给区与汇合区的卵石岩类鉴定资料建立计算模式，计算出来自大渡河补给区的卵石占４０．６％，来自岷江上中游补给区占３６．１％，来自青衣江补给区占２３．３％。大渡河补给区卵石汇入百分数为已知，其龚咀水库的卵石数量为６．７７×１０５ｔ／ａ，据此计算出岷江干流卵石数量为１．６６８×１０６ｔ／ａ。该计算数同用卵石磨损方法求出的数值相近。验证表明，计算值与验证值两者只相差１．９％。

三峡水库末端卵石推移质堆积问题

本文根据川江大量卵石推移质的测验、调查、试验和研究成果,对黄万里教授提出的所谓“修建三峡大坝合理性的致命点”问题,进行分析.认为川江卵石推移质的数量不大,长寿以上多年平均约16～18万m^3,主要特性是清楚的.在自然情况下,川江卵石推移质出三峡后,沉积在宜昌到江口镇约110 k m河段,对上游河床、水位均无明显抬高;七十年代以来因为开挖建筑沙石骨料,河床、水位还有降低.三峡水库兴建后,卵石推移质大部分将淤积在水库变动回水区库段.因为数量不大,完全可以结合航道、港区疏浚及提供建筑沙石骨料,有计划地开挖,不会“逐年向上游漫延…抬高河床…重新进行造陆运动”.因此,黄教授所谓“修建三峡大坝合理性的致命点”,并不成立.

金沙江下游卵石推移质输移分析

金沙江下游的推移质输移规律及其泥沙来量和级配对梯级水库的淤积分布以及河势将产生长远影响,需要开展深入研究。在金沙江下游入库控制站三堆子水文站水尺上游100 m布设推移质测验断面,对该站2007年、2008年的推移质进行了测验;分析了卵石推移质的年内分布、横向分布、级配以及推移质输移与水位、流量、流速的关系。研究表明:三堆子河段卵石推移质具有数量大、粒径大、时间集中、强推带集中、推移带随水位左右摆动的特征;全年输沙量接近500000 t;最大粒径卵石一般在140～170 m之间,最大粒径230 mm以上;推移量主要集中在汛期,尤以7～9月为甚,占全年的90%以上;强推带为140～180 m 4条垂线,其输沙量占整个断面输沙量的90%以上;洪水期推移带向右岸偏移,低水期则向左岸偏移。

三峡入库卵石推移质输沙特性近期变化及影响分析

为了深入分析三峡入库水沙条件,通过对三峡入库控制站朱沱、寸滩站近50年来实测卵石推移质资料的搜集、整理,分析了两站卵石推移质变化过程、变化特点和主要影响因素。结果表明:近50年来两站径流量没有明显的趋势性变化,但近期卵石输移量呈明显阶段性减少趋势,其中朱沱站1992—2009、2010—2015年的卵石输移量比1975—1991年分别减少了46.9%、79.8%;寸滩站1982—2001、2002—2015年的卵石输移量比1966—1981年分别减少了40.6%、85.7%;推移质输移量年内分配与悬移质泥沙基本接近,主要集中在每年汛期7—9月,占全年的80%以上,近期无明显变化。两站推移质输移率与流量关系的指数差异较大,但同一站在不同时期的指数相同。随着时间推移,不同流量的推移质输移率均呈减少趋势,河道卵石开采、水利工程拦沙是近期卵石输移量减少的主要原因,此外河床粗化、上游大型水库群汛期拦洪削峰也有一定影响。受入库卵石输移量大幅减少的影响,三峡工程自175 m试验性蓄水以来,处于变动回水区的重庆主城区河段未出现大量淤积情况,反而出现微冲态势。研究成果为进一步了解高强度人类活动背景下三峡入库推移质输移量变化提供了一定依据。

卵石推移质输沙率与流量相关的线型分析

通过比较精确的实测资料,分析了流量(断面平均流速)与卵石推移质输沙率关系,引入起动流量Qc或起动流速Vc,采用Qb=K3(Q-Qc)α或Qb=K4(V-Vc)β的线型拟合相关关系,可使卵石推移质输沙率约与流量4次方或与断面平均流速6次方成比例增长,与原有的方法相比不但使流量(流速)的方次降低了许多,而且对高水外延插补精度大有提高。分析表明,流量的方次要低于流速的方次,两者亦可相互换算。

长江重庆主城区河段卵石推移质走沙条件研究

三峡水库175 m试验性蓄水后,长江重庆主城区河段泥沙输移发生显著改变。研究重庆主城区河段泥沙输移规律,弄清泥沙输移与三峡水库调度之间的联系,对于优化水库调度,减轻库区淤积具有重要意义。依据寸滩站长系列年卵石推移质原型观测资料,结合二维数学模型和卵石推移质起动公式,分析了重庆主城区河段卵石推移质输移特性变化及走沙条件。结果表明:三峡水库蓄水以来,重庆主城区河段卵石推移质输移量显著减少,卵石颗粒细化,走沙时间也大幅缩短;研究河段内卵石推移质起动的临界条件是三峡水库坝前水位低于157 m,上游来流量大于6800 m^3/s,并用2016年实测资料加以验证,验证结果较好。研究表明通过三峡水库调度可以加大重庆主城区河段的泥沙输移强度,减轻该河段内的泥沙淤积。

三峡库区卵石推移质观测方法

介绍了卵石推移质观测方法,分析了长江上游干流卵石推移质的输沙特性及其变化。分析表明:近一二十年来,长江上游干流卵石推移量减少了22%～58%,中数粒径D50细化了约0.005～0.013m,主要是河道采砂、水利工程拦砂所致。

溪洛渡水电站导流洞卵石推移质采样方案及其输沙特性

溪洛渡水电站位于金沙江下游,水流流速大,挟沙能力强,结合溪洛渡水电站导流洞推移质情况,开展了高速挟沙水流条件下卵石推移质测验方案的试验研究,提出了溪洛渡水电站卵石推移质测验方案即缆道悬挂采样器加拉偏的方式进行测量并予以实施。测验成果表明,金沙江溪洛渡6#导流洞河段存在河床卵石运动情况,而且推移量很大。根据导流洞实测水沙运动资料,揭示了溪洛渡水电站导流洞卵石推移质的输移特性,并建立了卵石推移质输沙率与流量的经验关系。

寸滩水文站卵石推移质断面单宽输移率计算公式探讨

为了提供长江上游干流寸滩河段卵石推移质年输移量,我们曾在寸滩水文站测流断面上进行过粒径大于10毫米的卵石推移质测验,并按过程线法逐年进行过整编,初步满足了有关单位对该项资料的迫切需求。可是长江上游水探流急,用器测法测量卵石推移质(以下简称卵推)还不够完善,而且困难较大,如能寻求一种利用观测资料的各种水力。

长江上游卵石推移特性变化及驱动力分析

长江上游的水沙特性变化 ,直接关系到三峡工程的调度运行。朱沱站和寸滩站是长江上游与三峡水库的水沙主要控制站。本文分析了朱沱、寸滩站卵石推移特性的近期变化 ,发现寸滩站从 1981年起、朱沱站从 1991年起卵石推移特性发生了明显变化 ,主要体现在 :1)卵石推移量系统减小 :朱沱站 1992～ 2 0 0 1年卵石年均推移量比 1975～ 1991年减少了 4 6 9% ,寸滩站 1982～ 2 0 0 1年比 196 6～ 1981减少了 4 0 6 % ;2 )推移质粒径细化 ,中数粒径细化了约11mm ;3)流量 -输沙率关系发生明显变化 :朱沱站输沙率系数B减少 4 7 5 % ,寸滩站系数B减少 4 1 1% ;4 )输沙不平衡量增大 ,计算的磨损系数增大近 70 %。长江上游卵石推移特性变化的驱动力分析结果表明 :采取水土流失治理等措施是直接原因 ,水利工程拦沙和建筑材料开采等人类活动是主要影响因素。依据上述分析 ,本文指出 ,应当继续加强水土保持建设 ,尽快开展长江上游和支流泥沙运移和淤积情况及规律调研。并建议以可开采沙量为依据 ,严格控制采沙。

环境改善后江河推移质不平衡输沙量的时空分布

本文引入卵石推移质输沙量 [q,t]生灭模型 ,当工程环境改善后 ,建立了江河卵石推移质不平衡输沙量的时空分布模型。该模型应用于长江三峡的卵石推移质输沙量的计算中 。

基于小波变换的水下卵石运动声音识别研究

卵石推移质运动是影响河道冲淤变化的重要因素,其造成的碍航问题时有发生,但受制于现有观测手段,并不能对卵石运动的时空特性进行测量,从而限制了相关碍航关键机理的研究。基于声学原理的卵石观测方法是测验理念较先进的方法,具有许多优于传统观测方法的特点。本文从卵石运动声音的识别出发,借鉴声音信号处理中的相关手段分析了卵石、船舶、水流三种野外测量中常见音频信号小波变换后的能量分布特征,并以该特征为识别的特征参数对合成的音频信号进行了分析,取得了良好的识别效果,可为在野外复杂环境下提取卵石运动声音信号并对该信号进行分析,从而了解卵石运动规律。