论非均匀悬移质二维不平衡输沙方程及其边界条件

本文深入研究了非均匀悬移质不平衡输沙的内在机理，较严格的推导了其方程，引进和定义了水量百分数、悬移质级配、平均沉速．根据泥沙交换强度理论，专门研究了方程的底部边界条件，在一定简化下给出了底部边界条件的具体表达式及有关结果。

含侧向入流一维不平衡输沙方程解法的改进

针对含侧向入流河段的水流泥沙运动特点,在传统方法的基础上给出了一种新的不平衡输沙方程的计算模式,进而建立了一维恒定不平衡输沙数学模型,并用于白鹤滩水库冲淤计算.比较两种不平衡输沙计算模式的结果表明,支流入汇口上下断面形态差别较小时,两种处理方法得到的河床变形基本一致;支流入汇口上下断面形态变化较为剧烈的河段,改进后处理方法的计算结果较好,且符合物理规律,而传统方法计算结果明显违背定性分析结果.

恒定流中非均匀沙推移质不平衡输沙研究

冲积河流的平衡状态指的是在足够长的时间内(以月计)进入某一河段的泥沙等于从该河段输出的泥沙。恒定流中,由于泥沙输移率随时间及空间变化,因此,泥沙的输移总是不平衡的。我们选用粒径为0.05～20.00mm的煤屑及天然沙。在长30m、宽0.5m的变坡水槽内进行了清水冲刷(恒定流)推移质不平衡输沙试验;建立了恒定流中非均匀沙推移质不平衡输沙方程;在修正Gessler,J.冲蚀物级配基础上,提出了推移质级配的计算公式;河床质级配方程采用CARICHAR混合层模塑;并将推移质输沙、级配方程及河床质级配方程应用于河床粗化数学模型,得到计算与水槽实测相一致的结果。

一维河网非恒定流及悬沙数学模型的节点控制方法

本文的一维河网非恒定流及悬沙数学模型 ,是根据以一维圣维南方程组 ,悬沙非平衡输运方程及水位、含沙量节点控制法而建立。首先 ,利用单一河流有限差分方程组转换形式和节点处质量、能量守恒性 ,写出所有节点的水位控制方程组。求解此不规则稀疏矩阵方程组得到所有节点的水位 ,再由单一河流非恒定流的求解方法可获得所有单一河流的断面水位和流量。基于水流的节点水位控制法 ,本文提出了节点悬沙控制法。假设节点处冲刷或淤积较小 ,所有节点的含沙量控制方程组可通过输沙量守恒方程用矩阵形式写出。求解此不规则稀疏矩阵方程组 ,得到所有节点处的含沙量。所有单一河流断面处的含沙量通过单一河流悬沙输运的求解方法获得。本文介绍的模型适用于各种河网类型。作为检验 。

Experiments on Channel Evolution Caused by Check-dam Failure

A 10 m long,0.2 m wide flume was employed to simulate the channel bed evolution of check-dam failure.The experiment longitudinal profiles,the gradient of channel bed,head-cutting propagation distance and deposition length were compared with the theoretical solution derived from a sediment transport diffusion equation.In contrast with the theoretical solution,two different gradients were obtained upstream and downstream of the check-dam.The theoretical solution provides a good description of the changes upstream of the check-dam. The ratio of clear water depth to sediment moving layer thickness in the experiment was analyzed and showed that high concentration sediment laden flow was taken in the incipient of check-dam failure,which may be the reason why the experiment result was slightly different from the theoretical solution in the downstream of check-dam.

输沙率对土壤颗粒特性和气流湍流脉动的响应

自然界的输沙过程通常因气流湍流脉动而呈现不稳定状态,风和输沙率的各个物理量具有很强的脉动特性,甚至间歇性。经典的稳态输沙率方程没有考虑土壤颗粒特性和气流湍流特征等物理量,已经不能准确预测湍流风驱动的输沙过程。通过对稳态输沙率方程中包含的变量及其对输沙率的影响、土壤颗粒特性和气流湍流脉动对非稳态输沙过程的影响,以及非稳态输沙过程对气流湍流脉动的延时响应等方面的深入分析,对稳态输沙与非稳态输沙进行了界定,提出了非稳态输沙率方程的构建原则和包含的变量,以及建立非稳态输沙率方程的途径。最后,对建立非稳态输沙率方程过程中可预见的关键问题进行了探讨。

小浪底水库运用以来黄河下游河道冲淤的时空规律与模拟

1999年小浪底水库投入运用以来,黄河下游河道发生持续冲刷,其时空变化过程复杂。基于滞后响应模型单步模式推导得到了黄河下游累计冲淤量的计算公式,2000—2020年计算值与实测值之间的决定系数R2达0.99。当前,黄河下游处于持续冲刷之中,冲刷速度逐渐变慢,当前时段的平衡值与计算值的差异减小,河床冲刷正在逐渐趋向于平衡。基于悬移质泥沙不平衡输沙方程得到了黄河下游主槽单位河长累计冲刷量空间分布的计算公式,2003—2015年计算值与实测值之间的决定系数R2在0.98~0.99之间,相对误差多年平均值为6.2%。结果表明,在当前黄河下游来沙减少,河道发生持续冲刷的背景下,就多年平均情况而言,累计淤积量调整完成一半所需的时间约为3.0 a,完成95%所需的时间约为13.0 a;且随着冲刷的持续发展,黄河下游累计冲刷量的空间分布在逐渐趋于均匀。本文的结果可为分析黄河下游复杂时空变化过程提供参考。

不同时间尺度农田风沙流模拟

多数输沙通量预报方程有一个或者多个基于特定环境的经验系数,该系数随时间、环境发生变化,能够反映土壤的可蚀性。选取2017年和2018年河北坝上地区康保县两个地点的不同时间尺度的输沙通量实测数据和风速数据进行分析,发现农田环境下输沙通量随摩阻风速的变化呈指数函数关系。与Bagnold方程、Kawamura方程、Zingg方程、Lettau方程4个输沙通量预报方程预测的输沙通量进行比较后发现,4个方程的预测值并不能很好地反映试验地的实测输沙通量。利用实测数据获得针对观测点的经验系数后发现输沙通量预报方程的经验系数随着时间在不断变化,采用合适的时间尺度对计算输沙率有重要意义。