三峡建库后长江中游非均匀悬移质挟沙力变化

水流挟沙力变化是研究水库下游悬沙输移及河道演变的核心问题之一。以长江中游沙市—汉口沙质河段为研究对象,引入韩其为非均匀悬移质不平衡输沙中水量百分数、挟沙能力级配等概念,阐释了三峡建库前后非均匀悬移质挟沙力变化及其影响因素。建库后,沙市、监利站各流量级下床沙转为挟沙力的水量百分数均明显增加,螺山、汉口站分别超过临界流量30000 m^(3)/s和35000 m^(3)/s时,床沙转为挟沙力的水量百分数有所增加;沙市—城陵矶河段水流挟沙力减小程度大于城陵矶—汉口河段,其中沙市—城陵矶河段<0.125 mm粒径组挟沙力大幅减小,城陵矶—汉口河段<0.25 mm粒径组挟沙力减小。沙市—城陵矶河段水流挟沙力减小主要受挟沙力平均沉速ω^(*)变化影响,城陵矶—汉口河段水流挟沙力减小受挟沙力平均沉速ω^(*)和挟沙力判数U 3/h的共同影响,其中螺山、汉口站分别不超过临界流量30000 m^(3)/s和35000 m^(3)/s时,挟沙力判数U 3/h的贡献率较大。

非均匀沙不平衡输沙的理论研究

文中首先给出了由我们建立的床面泥沙交换理论导出的非均匀沙扩散方程的边界条件。建立了恢复饱和系数的表达式,包括了强平衡输沙和不平衡输沙两种情况。同时给出了泥沙在床面静止、滚动、跳跃与悬浮的概率方程和数值结果。引进了挟带分组泥沙的水量百分数,它是研究非均匀沙的重要概念和工具。进而论述不平衡输沙时总挟沙能力、挟沙能力级配及有效床沙级配的方程。证实了床沙质、冲泻质与全沙具有统一的挟沙能力。最后从理论上证明了在河道中粗细泥沙发生交换的现象。

悬移质不平衡输沙水流挟沙能力

本文从悬移质挟沙能力的基本概念出发,推导出悬移质非均匀沙平衡输沙的挟沙能力及不平衡输沙的挟沙能力公式,这些公式进一步揭示了非均匀沙的输沙机理,全面地描述了各种河床组成在不同的来水来沙条件下的输沙规律,适用性广,计算简便。

河床变形计算方法的若干改进

根据泥沙交换原理 ,对河床变形计算方法进行了若干改进。改进的内容包括 :冲刷条件下悬移质扩散方程的修正 ;非均匀沙水流挟沙能力的确定 ;推移质有效输沙率的确定以及时间和空间计算步长的确定原则等。

基于能量原理的悬移质泥沙沿岸输沙率横向分布公式

基于能量原理建立波流共存时的挟沙力公式,用于计算悬移质泥沙沿岸输沙率的横向分布。收集了共382个实测数据,确定公式中的能量传递系数。建立了波浪破碎能量传递系数与Dean数之间的关系。将公式计算结果与现场观测悬移质沿岸输沙率比较,结果表明计算值与测量值吻合较好,公式能较合理地反映不同波浪条件下悬移质沿岸输沙率的横向分布规律。

两种挟沙力公式在黄河游荡段的适用性研究

基于黄河游荡段花园口断面、水文站及夹河滩断面、水文站的实测数据,对张瑞瑾挟沙力公式和张红武挟沙力公式在黄河游荡段的适用性进行了分析。张瑞瑾公式结构简单,但准备数据过程复杂,通过分段函数拟合,给出了确定系数K和指数m的有效办法;张红武公式结构复杂,准备过程简单,且计算结果更贴近45°线。此外,张瑞瑾公式不需要实测的体积含沙量,强调一定水流条件下能够携带的碎屑物质量,适用范围更广;张红武公式则需要实测体积含沙量,强调挟沙水流对河床的冲、淤趋势,计算精度更高。与实测数据相比,两者均能反映水流挟沙力的情况,对所选用数据二者计算结果相关系数达0.985,说明在计算黄河游荡段挟沙力时两者均适用。

水流挟沙力的统计理论计算方法及其应用

将水流挟沙力作为二维问题处理是水流挟沙力研究的重要方向,采用非均匀沙水流挟沙力的统计理论方法,根据泥沙状态概率和有效床沙级配,推导了悬移质挟沙力、推移质输沙率和推悬比统计理论公式,利用黄河下游水沙资料对公式进行验证,并与半经验悬移质挟沙力和推移质输沙率公式进行计算对比验算。计算结果表明,采用统计理论公式计算中、低含沙水流非均匀沙悬移质挟沙力较为准确,统计理论方法计算的推悬比较为稳定,黄河下游底悬比在0.06～0.11之间变化,可以采用统计理论方法的推悬比公式计算黄河下游的漏测底沙量。