输沙率公式对桥墩局部冲刷数值模拟影响研究

基于Melville桥墩局部冲刷试验模型,采用FLOW-3D软件,利用大涡模拟方法模拟了桥墩绕流局部冲刷过程,通过分析冲刷坑形态、深度的变化过程,评价了Meyer-Peter和Van Rijn推移质输沙率公式在桥墩绕流局部冲刷模拟中的适用性,并结合两输沙率公式结构分析了模拟结果存在差异的原因。结果表明:大涡模拟方法能够有效模拟桥墩绕流的复杂流态,采用Meyer-Peter推移质输沙率公式的局部冲刷模拟结果较好,预测的冲刷坑形态更接近试验观测结果;当时间为30 min时,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为2.3%。采用Van Rijn推移质输沙率公式的预测结果相对较差,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为15.5%。

推移质输沙率公式比较与分析

推移质输沙率是河流动力学中一个十分重要的问题。本文在前人研究推移质输沙率的基础上,总结了6个典型的推移质输沙率计算公式。把单宽输沙率都统一转化成推移质输移浓度的形式,并运用大量的试验水槽资料验证比较。比较结果表明,相对误差最大的是恩格隆公式,高达118.6%;相对误差最低的为梅叶-彼德公式,为39.1%;精度由高到低依次为Meyer-Peter公式,窦国仁公式,Ackers and White公式,Yalin公式,Sharmov公式,Engelund公式。该研究可为工程人员选择公式提供参考。

沙质海岸沿岸输沙率计算方法研究进展

准确预测波浪作用下沿岸输沙率是沙质海岸研究领域的重要科学问题。根据数十年来国内外沿岸输沙率公式的研究进展,按研究方法对各项成果进行分类,并兼顾时间逻辑,回顾了各研究方法的发展历程及其代表性成果。对各项成果的理论基础、考虑因素、资料来源等方面进行了探讨,并采用现场原型沙、室内原型沙和室内轻质沙等实测资料,对国内外常用公式的预测准确性进行了检验。结果表明,孙林云公式与各项实测资料的吻合程度最高,在众多沿岸输沙率公式中具有明显的先进性。在此基础上,对未来可进一步深化研究的方向作出了展望。

壅水条件下推移质泥沙输沙率变化规律初步研究

壅水条件下水流结构特征及推移质泥沙输移规律问题目前尚未得到很好的解决,如天然壅水河段、水库库区壅水等条件下的泥沙输移、河床冲淤等问题,亟需这方面的理论支撑。利用理论分析、实测资料、水槽试验等方法进行对比分析:首先分析不同条件下推移质输沙率变化的差异性;然后利用水槽试验观测壅水条件下非均匀流水流结构特征;最后结合天然实测资料和水槽试验资料,回归分析得出了适合在水库库区壅水河道的推移质输沙率计算公式。研究结果为:当壅水程度指标β达到1.3以上时,现有各家公式已基本不能用来计算壅水条件下的推移质输沙率;利用水槽试验资料得到了相对床面切应力与壅水程度指标β的定量关系;回归分析得出壅水河道推移质输沙率计算公式可以在三峡库区河段适用。

推移质输沙率计算公式分析

基于推移质运动滞后于水流运动的特点,提出推移质运动所需能量与推移质相对水流的速度成正比,与悬移质悬浮功概念一致,推导了推移质输沙率公式。应用实验资料和河道实测资料对公式及其参数进行了验证,计算结果表明,所建公式计算精度较高,可用于以推移质为主要运动形式或全沙的输沙率计算。

Einstein 推移质公式的改进研究

很多学者对Ｅｉｎｓｔｅｉｎ推移质公式建立过程中的冲刷概率、泥沙无因次单步运行距离和泥沙交换时间等方面进行了深入研究与改进，并得到了改进后的推移质输沙率公式。本文采用黄河中、下游２５０余组实测推移质输沙率资料对Ｅｉｎｓｔｅｉｎ及改进后的推移公式进行了验证计算，提出了与黄河实测资料符合程度较好的推移质输沙率公式。

利用河流平衡理论检验推移质输沙函数的应用性

推移质输沙函数多根据试验资料建立,在实际应用中往往会给出相去甚远的预测,对河流平衡形态影响显著。本研究利用河流平衡理论检验推移质输移通式Φ=cb(τ0*-τ*c)β中各参数对河道平衡形态的影响,式中Φ为无量纲推移质输沙强度,τ0*为无量纲水流平均剪切应力,cb、τ*c和β为输沙参数,分别代表输沙系数、无量纲水流临界剪切力和输沙指数。引入河道过水断面的宽度与平均水深的比值作为表征断面形态的无量纲参数,基于变分原理的图形分析结果表明,输沙通式中指数β的选取是影响平衡河道形态的重要因素。结合长江中游监利河段河道形态实际观测数据,对比分析已有推移质输沙函数对河道平衡形态的定量影响,结果表明β=5/3时河流平衡理论具有很好的实际应用性。

波浪作用下非恒定输沙规律研究进展

为了准确计算一个波浪周期内净输沙率的大小和方向,需要研究波浪作用下非恒定泥沙输移规律。介绍了过去20多年国内外学者在大型往复流水道和波浪水槽中开展的非恒定输沙试验以及原型观测结果,总结了相位滞后效应参数的定量刻画以及不同半-非恒定净输沙率模式的构建,探讨了现阶段需要着重解决的关键问题。指出未来需要重点研究不同波况(包括波浪破碎、长波、波流相互作用等)下颗粒的起动延迟或沉降延迟造成的非恒定输沙过程的动力机制,准确刻画泥沙在波浪前、后多个半周期内的交换关系并将其反映在净输沙率的计算公式中;此外还需要深入研究非均匀沙的非恒定输沙过程(包括垂向分选等),并构建相应的净输沙率计算公式。

南疆铁路沿线风沙危害与工程防治

文章通过对南疆铁路沿线的概况、地质地貌、植被分布及气象状况,特别是风信状况的调查,阐明了沿线的自然状况。20世纪90年代,研究工作者在沿线风沙活动最为剧烈的巴楚地区设置定位观测站,对典型的活动沙丘特征进行观测,获得了沙丘移动的定量数据。同时在各种类型典型戈壁地段,设置积沙仪,在不同的风速情况下收集动态流沙,总结出当地的输沙率公式,为风沙防护提供了直接的设计依据。通过对各种工程防治措施的调查研究、特别是新材料试验,归纳出各种工程防沙结构的功能效果,提出适宜当地条件的新工程防沙结构模式。

白鹤滩水电站泥沙特性研究

库区泥沙输移特性以及演变趋势对水电站运行至关重要,利用白鹤滩水电站入库泥沙控制站的最新水文泥沙资料,采用输沙率经验公式计算与水槽模型试验等方法,对水库泥沙输沙量、颗粒级配及矿物成分等特性进行了分析研究。结果表明:白鹤滩水电站坝址多年平均悬移质输沙总量为1. 69亿t,其中支流输沙量约为1 100万t,占坝址输沙量的6%左右;推移质输沙量约为214万t;受上游兴建水利工程影响,近年来坝址输沙量有所减少。研究成果对白鹤滩水电站运行以及梯级水库调度具有较大意义。

泥沙运动力学的发展与前瞻

任何一门学科在它的发展过程中,都存在着一条或一条以上贯穿始终的主要线索。虽然每个研究工作者从各自的角度研究某一方面的问题,不一定都清醒地意识到这一点。但是,把大量的研究工作归纳在一起,这些线索就会逐步变得明确起来,说明学科的发展自然地遵循一定的方向探索前进。本文试图勾画出泥沙运动力学在发展过程中的几条主要线索,回顾过去已经取得的成就,瞻望今后应该遵循的途径。