雨滴击溅与薄层水流混合侵蚀的输沙机理

【目的】针对雨滴击溅与薄层水流混合侵蚀过程输沙机理研究中存在的问题,研究雨滴击溅对坡面径流输沙的影响。【方法】采用室内人工模拟降雨试验,以土娄土、黄绵土和黑垆土为供试土壤,在不同雨滴直径（直径2.22,2.68和3.04mm）、不同坡度（0°,2°和4°）和薄层水流厚度（0,2,4和6mm）条件下,分析单雨滴击溅时,泥沙溅蚀量与水层厚度的关系;多雨滴击溅时,泥沙溅蚀量与薄层水流厚度的关系,分别对二者关系进行拟合;同时,对于多雨滴击溅时,不同薄层水流厚度下黄绵土泥沙溅蚀量和雨滴动能的关系进行了分析。【结果】单雨滴击溅时,泥沙溅蚀量随水层厚度的增加而减少,且雨滴直径越大其扰动水层厚度越大,当雨滴直径由2.22mm增加到3.04mm时,平均扰动水层厚度由10mm增加到14.67mm。多雨滴击溅时,在相同的坡度（0°～4°）,不同土壤和雨滴直径下,随薄层水流厚度的增加,泥沙溅蚀量呈先升后降趋势;当薄层水流厚度相同时,随雨滴直径的增加,泥沙溅蚀量呈增大趋势。当雨滴动能不变时,泥沙溅蚀量随着薄层水流厚度的增加而增大;当薄层水流厚度一定时,泥沙溅蚀量随雨滴动能的增加而增大。【结论】建立了单雨滴击溅和多雨滴击溅条件下扰动水层厚度关与泥沙溅蚀量的关系式。

沙质河道冲刷不平衡输沙机理及规律研究

通过动床水槽试验,观测沙波运动,揭示了湍流扫荡河床使表层床沙产生频发的群体起动冲刷现象。据此,提出了床沙交换及冲刷粗化分二个层次的物理模式;分析了冲刷时表层床沙粗化的必然性,确定了悬移质扩散过程中适于非均匀沙河床的新的近底边界条件。依据所建立的不平衡输沙立面二维数学模型,计算了大量不同情况下的含沙量扩散恢复过程,据此总结出了冲刷时含沙量恢复饱和系数α的预报公式及变化规律。

排沙漏斗的流场特性及输沙机理

排沙漏斗的工作原理是利用漏斗涡流排除进入渠道的推移质及悬移质泥沙。介绍了利用激光测速仪对排沙漏斗的三维流场的测试成果，分析了排沙漏斗的时均流特性和紊流特性及输沙机理。

黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理(黄河下游河道存在巨大的输沙潜力)

利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料，结合高含沙水流流变特性分析得出：河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同，均可用曼宁公式进行阻力计算；由于黄河泥沙组成较细，d50=0．03～0．10mm，随着含沙量的增加颗粒的沉速大幅度降低，泥沙在垂线上分布变得更加均匀，当含沙量大于200kg／m^3以后发生改变；从泥沙存在对水流结构，流速在垂线上的分布特性上分析，含沙量200kg／m^3左右时输送最困难，并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大，粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送，洪水期实测含沙量可达800～900kg／m^3，表现出高含沙水流的高效输沙特性；黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg／m^3，在流量2000—3000m^3／s时，高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流人海的主要障碍是改造宽浅游荡河段为窄深稳定的河槽。

黄河下游河道输沙泄洪机理、能力及治理前景

经过我国几代人对黄河泥沙输移的研究和实践,认识已有重大突破。围绕黄河高含沙水流运动规律及应用前景这个中心,研究了高,低含沙水流运动规律多方面问题,为多沙河流防洪规划提出了新的指导原则。其中黄河下游可以利用高含沙洪水输沙入海,窄深河道洪水的非恒定性输沙泄洪机理是新的治黄主张的理论基础。

排沙漏斗中的二次流及其影响

根据理论分析和现有试验成果相结合的方法,研究了排沙漏斗中二次流在排沙中的重要作用。应用二次流理论解释了一些排沙漏斗结构设计的内在原因,从二次流的角度去说明排沙漏斗是如何实现高效排沙的,得到了一些被试验和实践证实了的结论。着重地阐述了排沙漏斗在处理以悬移质为主的泥沙和以推移质为主的泥沙时排沙漏斗直径大小调整的原因。提出了平衡悬移质所需的水流临界径向速度公式,它为定量地判断水流能否向中心输移悬移质颗粒提供参考。

副流及其在河床演变中的作用

副流是指受主要作用力以外各种各样的力所引起的流动，它常具有较大的局部流速和较强的紊动强度，对泥沙的运动和输移起着重要作用；河道、水利枢纽的许多局部冲淤现象都取决于副流。本文对副流现象及其输沙机理作了初步讨论，并进一步探讨了几种常见的副流在河床演变中所起的作用，如弯道环流、回流、折冲水流等。此外，还讨论了副流能量的来源及其转化，指出，若充分利用副流的输沙作用，控制副流的发生及发展，对河床演变可起到趋利避害的作用。

带悬板排沙漏斗三维流场测试

本文首次利用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）测试了排沙漏斗的三维螺旋流流场，并对其时均流特性及紊动特性进行了分析。

黄河利用洪水排沙不必刻意拦粗排细

简要总结我国在黄河泥沙输移方面的研究成果，根据笔者多年的研究，得出如下结论：可以利用高含沙洪水输沙入海，适宜输送的不是低含沙量的水流，而是含沙量大于200kg／m^3的高含沙水流。黄河下游洪水期窄深河道多来多排的输沙特性是造成河道多来多排的机理，在低含沙水流时水流的流速达到1．8—2m／s，床面进入高输沙动平整状态。不仅全沙如此，造床质泥沙（d〉0．025mm的粗泥沙）也存在着同样的输沙规律。小浪底水库的泥沙多年调节，充分利用下游河道的洪水输沙潜力输沙入海，是解决黄河下游泥沙问题和节省输沙用水的有效技术途径。平水年、枯水年小浪底水库不排沙，全部水量用于兴利和环境用水，利用洪水排沙不必刻意拦粗排细。