小尺度围区吹填过程泥沙分选特性研究

吹填法作为填海造陆工程中最为重要的施工方法,一直存在着吹填区内泥沙分选不均匀的局限性。本文依托中海壳牌惠州三期乙烯项目填海造陆工程开展小尺度吹填区泥沙分选特性研究,通过吹填过程中四次实地勘测与采样,总结吹填区的泥沙分选规律,开展泥沙分选均匀性评价。研究表明,吹填泥沙D50从吹泥口向远区逐渐减小,根.据泥沙分选均匀.性评价结果,在靠.近吹泥口的区域泥沙级配较好,远区泥沙级配较差,0005mm≤d≤001mm.粒组与d>001mm粒组颗粒之间的相对运动是小区域内泥沙分选不均匀的内在因素,d>001mm粒组的偏离系数从靠近吹泥口到远离吹泥口先减小后增大,吹填区内泥沙分选均匀性欠佳,研究结果可为类似小尺度吹填工程泥沙分选特性研究与均匀性评价提供借鉴。

解冻期覆沙黄土坡面侵蚀及泥沙分选特性

为了探究解冻期融水侵蚀对覆沙黄土坡面的影响,选取未冻裸坡(U0)、未冻覆沙(U1)、冻土裸坡(F0)和冻土覆沙(F1)4种坡面(覆沙厚度为1 cm)为研究对象,设计2 m长的坡面和1 L/min的流量进行室内放水冲刷试验,对坡面侵蚀过程及泥沙颗粒分选特性进行研究。结果表明:1)冻土坡面(F0和F1)的初始产流时间明显小于未冻坡面(U0和U1),并且覆沙坡面(U1和F1)的初始产流时间较裸坡坡面(U0和F0)明显滞后;2)各坡面平均产流速率表现为U0<U1<F0<F1,平均产沙速率表现为U0<U1<F0<F1,U0的平均产流和平均产沙速率与U1、F0和F1均差异显著(P<0.05);3)各坡面泥沙颗粒平均质量直径(MWD)平均值表现为黄土本底物<F0<U0<F1<U1<风沙土本底物。在试验过程中裸坡坡面的MWD随产流时间的延长波动程度较小,覆沙坡面的MWD在试验过程中有2个明显增大和减小的过程。在冲刷条件下砂粒和粗粉粒更容易被坡面径流带走,并且覆沙坡面更容易侵蚀砂粒,而裸坡坡面更容易侵蚀粗粉粒。

考虑泥沙分选及床沙级配调整的2维数值模拟研究

在正交曲线坐标系下建立平面2维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型。在前人研究成果的基础上,通过修正泥沙模型中非均匀沙挟沙力公式以考虑泥沙分选影响;并根据近底床沙质量守恒方程计算床沙级配调整。利用seal水槽下游细化试验资料,对模型进行了验证,结果表明,本模型能够合理模拟水槽地形及其床面泥沙分布变化,反映试验水槽沿程细化的趋势,具有研究实际河道河床变形及床沙分布变化的潜力。

放淤工程中泥沙分选漏斗应用效果分析

结合温孟滩放淤工程,对排沙漏斗工程应用于放淤工程的可行性、排沙效果等进行了分析。结果表明:温孟滩放淤工程泥沙经过分选漏斗分离后,输沙流量由500m3/s减小至200m3/s,而含沙量由210.5kg/m3提高到387kg/m3,进入淤区大于0.05mm的粗沙占全沙的比例由34.5%增大至42.2%;经过漏斗分选后,可以适当延长引水天数,适当减小引水规模。

水流驱动下不同灌草格局对泥沙分选特征的影响

泥沙的颗粒大小分布体现了土壤侵蚀的基本信息,分析泥沙分选特征有助于解释坡面土壤的侵蚀过程及其作用机理。通过野外冲刷试验(流量为15,20,30L/min),以砒砂岩区灌丛位于坡上(SU)、坡中(SM)、坡下(SL)的灌草地和无灌丛草地(GL)为研究对象,裸地(BL)为对照,探讨水流驱动条件不同灌草格局泥沙分选特征及其作用机理。结果表明:(1)植被可以通过影响水动力参数来影响泥沙颗粒的分布,不同格局泥沙颗粒随冲刷时间及流量的增大呈粗化趋势,粉、砂粒是该区侵蚀泥沙的主要颗粒。(2)水流剪切力、水流功率和单位水流功率均与泥沙DV呈负相关关系,与D0、D1呈正相关关系;3种冲刷流量下,泥沙DV均值分别为2.422,2.381和2.348,不同灌草格局下DV表现为GL<SU<SM<SL,而D0、D1趋势与DV相反。(3)泥沙分形维数与水动力参数的关系可用指数函数和对数函数来描述,回归分析表明,水流功率是描述泥沙分布特征的最佳水动力参数,运用水流功率和单位水流功率可以较好的模拟砒砂岩区坡面泥沙分选特征。研究结果为今后进一步完善砒砂岩区坡面土壤侵蚀模型提供理论依据。

粗糙度对坡面侵蚀及泥沙分选性影响试验研究

为进一步揭示土壤侵蚀的内在规律,以某一试验小区为例,通过模拟不同地表粗糙度,分析了不同雨强条件下的坡面侵蚀产沙及泥沙颗粒粒径变化特征。结果表明:相同雨强和降雨历时下,粗糙度对坡面径流率、水流功率、径流含沙量和产沙率有显著影响;侵蚀泥沙的搬运形式与雨强和粗糙度均有关,而不同泥沙颗粒搬运方式是引起不同粗糙度坡面侵蚀产沙分异的重要原因。因此,坡面侵蚀产沙模型中应综合考虑地表粗糙度和泥沙粒径信息。研究成果可为水土保持规划设计和水土保持措施优化配置提供一定依据。

水库变动回水区泥沙分选数值模拟研究

为研究水库变动回水区推移质泥沙分选特性,考虑泥沙非均匀性的影响,利用Riemann解求解双曲型方程的Godunov格式的有限体积法求解浅水方程和Hirano活动层模型,建立了水库变动回水区泥沙分选数学模型,并利用物理模型所测变动回水区的水位和淤积高度对泥沙分选数学模型进行验证。最后根据水库的实际运行情况,对变动回水区在枯水期小流量低水位、水库充水及库水位消落情况下的推移质泥沙沿程分选进行数值模拟,模拟结果可较好地反映变动回水区床沙级配变化的规律,表明该模型可应用于实际水库运行时变动回水区的河床演变数值模拟,为航运、防洪提供一定的依据。

圆管有压流输沙与泥沙垂向分选特性试验研究

管道输沙是实现黄河水沙资源重分配的有效手段之一,广泛用于水库泄洪排沙、河道疏浚及滩区淤沙等工程。以黄河流域水库高含沙隧洞和管道输沙为工程背景,设计了循环管道输沙试验系统,以d_(50)=107μm的黄河细沙为试验材料,研究有压封闭环境下不同含沙浓度引起的断面流速、泥沙浓度垂向分布等物理量的变化,并采用Malvern3000粒度分析仪对分层泥沙样品进行颗粒分析,探讨泥沙垂向分选特性。试验结果表明:泥沙的存在会改变清水流场分布,小流量工况的水动力较弱,含沙浓度的增加引起断面流速分布不对称,垂向泥沙颗粒出现明显分层;随着流量增大,流速不对称性有所降低,含沙浓度沿垂向趋近均匀分布,泥沙分选效果减弱。

植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响

为探究植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响,该研究以三峡库区紫色土为研究对象,在3种坡面条件下(裸坡对照组CK、植物篱P和仅地下根系R)以不同降雨强度(60、90 mm/h)进行人工模拟降雨试验。结果表明:与CK相比,R坡面条件下侵蚀泥沙中黏粒和粉粒含量减少了0.25%~5.48%,而P坡面条件侵蚀泥沙中砂粒含量减少了30.75%~47.28%。CK坡面条件下,泥沙分选现象主要出现在降雨前期,R坡面条件只影响降雨初期的泥沙分选,而P坡面条件对降雨全程均具有分选拦截砂粒的作用,但分选拦截效果随降雨时间的增加而渐趋稳定。R坡面条件下更多团聚体被雨滴击打破碎而分散为单粒,而P坡面条件则使更多细颗粒聚集形成团聚体,但松散的团聚体在降雨中后期倾向于分散为单粒。该研究结果可为深入理解植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙分选的影响,并为区域土壤侵蚀模型构建和水土资源高效利用提供科学依据和数据支持。

边界条件对自然河流形成及演变影响机理的实验研究

运用自然模型法,采用清水冲刷成功地塑造了室内天然小河。实验研究了不同的初始河流几何边界条件以及水流条件对河流演变的影响。研究发现流量对河流展宽幅值影响最大。水流入射角的大小与河流展宽幅度及河流弯曲度的变化没有必然的联系,30°入射角时小河的河流展宽及弯曲度变化最明显。入射角对河流演变的作用只是短期的,且在演变初始阶段影响较大。受初始边界条件的影响,河流向下游演变具有滞后性及曲率变化的传递性等特点。本文最后分析了河流演变过程中的泥沙分选现象。

小浪底水库的拦粗排细及异重流排沙——“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之七

介绍了水库淤积时的泥沙分选规律,给出具体分析公式和算法。对小浪底水库异重流排沙做了深入分析,包括潜入条件和异重流畅流排沙、浑水水库排沙以及两者结合的排沙效果,指出后者排沙比最大,同时验证了排沙时的淤积及分组排沙比。在调水调沙过程中,应很好地利用异重流排沙。

干支流汇合处的二维河床变形数值模拟

为了做好汇流处的河道规划,定量地预测出汇流处的河床变形情况是很重要的.本文建立了一个既能处理干支流汇流,又能考虑泥沙粒度分布以及流线曲率的二维河床变形数学模型,并通过两个算例对汇流处的河床变形以及粒径分选情况进行了讨论.在算例1中,干支流的泥沙粒度分布被设定为相同,在算例2中,支流的泥沙被设定为比干流的细小,其平均粒径为干流的一半.计算结果表明,汇流处的冲淤情况两计算例子基本相同,受支流河床泥沙组成的影响不大,但汇流处的河床平均粒径,却深受支流来沙的影响,两算例差异较大.当支流泥沙细小时,受其直接流入影响,汇流处左岸未呈现出冲刷与河床粗化的对应关系.

弯曲河道成因及演化机制研究进展

在总结前人研究成果的基础上,对弯曲河道成因、水沙运动规律、河道演化机制3个方面的研究进展进行了概述。在弯曲河道成因研究中,概述了水沙变化、河床比降等对弯曲河道形成发育过程的影响;在弯曲河道水沙运动规律中,概述了水面横比降、横向环流和流速分布以及泥沙的输移问题等对水沙运动规律的影响;在弯曲河道演化机制中,概述了弯曲河道演化过程中出现的撇弯切滩现象。通过对以往研究的系统梳理发现,弯曲河道在形成过程中受水沙及边界条件的影响较大,目前对大尺度弯曲河道形成机制的影响因素的作用强度及水沙条件变化后弯曲河道非典型演变特性的研究成果较少,为进一步阐释弯曲河道的形成及演变机制等方面的问题,对弯曲河道的成因及演变机制研究进行了展望。

大小潮作用对潮滩沉积物层理影响的数值模拟研究

潮滩垂向沉积韵律层的形成主要取决于周期性的潮汐条件,包括涨落潮、大小潮、季节性及更长时间尺度的潮汐特征,为探究大小潮周期对潮滩沉积物垂向层理形成机制的影响,应用一维潮流泥沙与底床分层数学模型,对周期性潮汐条件作用下潮滩垂向沉积韵律层形成机制进行了数值模拟研究。结果表明,大小潮的周期性是模型中沉积层理表现韵律性的主要原因之一,韵律层中单个层理结构对应于1个大小潮周期过程,层理结构由形成于小潮期间的泥质层及形成于大潮期间的砂质层组成,层理的厚度也呈旋回性变化,大潮时层理较厚而小潮时层理较薄。水体边界含沙量是影响潮汐层理结构的重要因子,边界含沙量中粉砂占比增大会使潮汐韵律层整体粗化且砂质层厚度增大,当边界含沙量整体显著增大时,潮滩上的垂向潮汐韵律层会更加完整且厚度明显增大。潮汐层理的形成与特征是多种因子共同作用的结果,后续需进一步探究包括波浪、风暴潮、潮滩生物等其他因子的作用。