Local Scour and the Laws of Scour Pit's Shape Downstream of Debris Flow Sabo Dam

The erosion shape and the law of development of debris flow sabo dam downstream is a weak part in the study on debris flow erosion. The shape and development of scour pit have an important effect on the stability and safety of debris flow sabo dam, which determines the foundational depth of the dam and the design of protective measures downstream. Study on the scouring law of sabo dam downstream can evaluate the erosion range and reasonably arrange auxiliary protective engineering. Therefore, a series of flume experiments are carried out including different debris flow characteristics （density is varying from 1.5 t/m3 to 2.1 t/m~） and different gully longitudinal slopes. The result shows that the scour pit appears as an oval shape in a plane and deep in the middle while superficial at the ends in the longitudinal section, the position of the maximum depth point moves towards downstream with an increase of flume slope angle. The maximum depth of scour pit is mainly affected by the longitudinal slope of gully, density of debris flow, and the characteristics of gully composition （particle size and the viscosity of soil）. The result also indicates that the viscosity of soil will weaken the erosion extent. The interior slopes of scour pit are different between the upstream and the downstream, and the downstream slope is smaller than the upper one. For the viscous and non-viscous sands with the same distribution of gradation, the interior slope of non- viscous sand is smaller than the viscous sand.According to tbe regression analysis on the experimental data, the quantitative relationship between the interior slope of scour pit, slope of repose under water and the longitudinal slope of gully is established and it can be used to calculate the interior slope of scour pit. The results can provide the basis for the parameter design of the debris flow control engineering foundation.

沥青道路粗糙度对径流颗粒物冲刷输出特性的影响

采用粗糙度量化沥青道路的表面特征,通过模型模拟、相关性分析等方法分析了道路表面粗糙度对降雨径流颗粒物冲刷输出特性的影响。结果表明:道路粗糙度、降雨强度是影响道路表面径流颗粒物冲刷输出过程的关键因素,道路粗糙度越低、降雨强度越大,道路表面径流颗粒物冲刷效应越强烈、场次降雨径流颗粒物累积冲刷量越大、径流颗粒物冲刷输出总体水平越高;道路粗糙度与降雨强度、径流历时共同影响径流颗粒物粒径分布,道路粗糙度为影响径流颗粒物粒径分布的主导因素,道路粗糙度越低、径流历时越长、降雨强度越大,径流中粒径不小于150μm的颗粒物体积占比越高,粒径小于75μm的颗粒物体积占比越低。

台阶式沉井等效墩宽计算方法探究

桥梁工程中存在形状各异的桥墩,在研究不同截面桥墩的局部冲刷特性时,桥墩尺寸的定量描述非常重要。以台阶式沉井结构为研究对象,梳理并分析了国内外相关等效桥墩宽度计算方法,发现各类公式本质上为计算不同条件下的桥墩平均阻水宽度。开展了台阶式沉井局部冲刷试验研究,基于试验数据对比分析了各类等效墩宽计算方法的计算结果,发现Melville和Raudkivi的等效墩宽计算公式能够较好地估算考虑动床条件下台阶式沉井的平均阻水宽度;进一步收集了国内外193组台阶式沉井类结构的局部冲刷试验数据,数据集统计分析结果显示Melville和Randkivi的等效墩宽计算公式能够较为准确且保守地量化大多数台阶式沉井类结构的截面非均匀性;最后基于数据集冲深墩宽比统计结果对该公式近似方法的合理性进行了讨论。

小浪底水库调控后黄河下游冲淤规律与水沙调控指标

为科学指导黄河调水调沙调度实践,根据小浪底水库调控后黄河下游冲淤规律对水沙调控指标进行优化。选取2011—2022年黄河下游实测121场不同含沙量级水沙过程,分析黄河下游水沙特点及其冲淤效率与水沙条件的响应关系,以黄河下游不淤积以及主槽过流能力不降低为总体目标提出水沙调控指标。结果表明:①小浪底水库对黄河下游水沙过程具有两极分化的调控作用,高含沙量水流(平均含沙量S av>10 kg/m^(3))的沙量全年占比为94%,清水水流(S av<1 kg/m^(3))的水量全年占比为85%。②高含沙量水流的淤积效率与平均含沙量呈正相关线性关系。③清水水流的冲刷效率与平均流量呈正相关对数关系。④对于高含沙量水流,丰水年调控水量为80亿m^(3),平均流量为2000~4600 m^(3)/s,平均含沙量为50 kg/m^(3);平水年调控水量为10亿m^(3),平均流量为2000~4600 m^(3)/s,平均含沙量为150 kg/m^(3);枯水年水库不排沙。对于清水水流,需要避免下泄平均流量在800~1800 m^(3)/s范围内的水流过程。

供水枢纽河道冲淤规律及成因分析

以塔里木河流域某河道为研究对象,基于已有水文地质资料,研究近年来该河道的年平均分段冲淤量、年平均累积冲淤量和冲淤规律,并系统分析了河床冲淤的原因。结果表明,各枢纽河道段的河床冲淤变化形式呈现为先淤积后冲刷或持续冲刷趋势;河床自然冲刷量占冲刷总量的2.44%,采砂占比29.53%,无规划采砂和航道整治占比68.03%,采砂活动是造成河床冲刷的主要原因。

基于不同降雨强度的黄土边坡降雨入渗特性研究

以甘肃庆阳某均质黄土边坡为参照原型,建立了满足相似条件的室内模型边坡,进行了不同雨强下的边坡降雨入渗试验,得到了不同雨强下降雨入渗规律和冲刷规律。研究结果表明:在边坡不同位置处降雨入渗速率不同,呈现出坡顶入渗速率最快、坡脚次之、边坡中部最慢的特点;且边坡不同位置处降雨入渗深度亦不同,表现为坡脚入渗深度最大,坡顶次之、边坡中部最小;小雨条件下边坡降雨入渗深度在10~15 cm,中雨条件下降雨入渗深度在15~25 cm,大雨条件下降雨入渗深度在18~35 cm,暴雨条件下降雨入渗深度在20~40 cm。

黄河废弃三角洲海底冲淤演变规律研究

1976年黄河改道清水沟流路后 ,钓口流路三角洲叶瓣废弃 ,由于大量陆源沉积物供应的断绝 ,原来形成的快速堆积地形变得极不稳定 ,水下三角洲岸坡受到海洋动力快速冲蚀作用。根据长期水深资料的对比研究 ,波浪侵蚀使水下岸坡整体变缓以适应新的沉积动力环境 ,正逐渐形成新的冲淤平衡剖面。对整个研究区的水深资料进行叠加 ,总结其海底冲淤演变规律。采用 2 0 6 6 0、2 0 6 5 6、2 0 6 5 2和 2 0 6 4 8剖面上的散点 (整数水深点 )水深变化 ,结果表明废弃三角洲海底由浅水区向深水区冲淤组合呈带状分布 ,且越向深水区周期性越明显。

城市街道地表物特性分析

通过对城市街道地表物的收集、处理、分析和典型降水的径流冲刷实测,全面探究了城市街道地表物的分布、累积和冲刷规律,并对其污染物的含量和污染物总量进行了定量计算。为现代城市非点源污染截污处理和环境综合整治提供了理论和实践依据。

丁坝设计参数对河床冲淤量的影响规律研究

天然河道中修建丁坝后,丁坝附近的流速场会出现新的变化。流速变大的区域,局部冲刷加剧,危及丁坝自身的安全;流速减小的区域,泥沙在坝后沉积,形成淤积区,可起到保护下游河岸的作用。在总结前人研究成果的基础上,通过室内动床试验,利用Sufer软件的体积计算功能,就丁坝设计参数的变化对河床的冲淤量影响规律进行了深入研究。结果表明:冲淤量均随坝长的增加而增加,但坝后淤积量增加幅度大于冲刷量增加幅度;相比正交丁坝,在其他条件不变时,随着挑角的减小,非正交丁坝的冲刷量和淤积量都有减小的趋势,且冲刷量的减小趋势远大于淤积量的减小趋势。

护岸式铅丝笼丁坝挑角的选择

通过室内模型试验,研究了不同挑角时丁坝附近的水流结构、坝后回流区及自由水面的变化情况,以及不同挑角丁坝附近局部冲淤变化的规律。结果表明:随着丁坝挑角的增大,坝上游流速减小区范围扩大,坝头流速变幅增大,坝后回流区长度和宽度均有所增大,坝头水面比降也增大;结合实际工程经验,建议护岸式铅丝笼丁坝的挑角宜设计为下挑45°。

黄河各冲积性河道输沙能力分析

利用实测资料,从泥沙组成、主槽流速、河道比降、断面形态等方面对宁蒙河道、小北干流河道、黄河下游河道、渭河下游河道的输沙能力进行了分析。结果表明:宁蒙河道比降最小、流速低、泥沙颗粒较粗、沉降速度大,是河道输沙能力小于其他冲积性河道的重要原因;北干流河段比降大、流速大但是泥沙颗粒较粗,特别是宽浅的断面形态直接影响着河道的输沙能力;下游河道尽管河道宽浅,但是泥沙颗粒较细,特别是大流量以及高流速决定了河道的输沙能力较大;渭河下游泥沙颗粒最细,沉降速度最小,窄深的断面形态决定了该河道具有极强的输沙能力。

冲刷物理模型试验的比尺效应研究

冲刷物理模型试验的比尺效应主要是由模型沙不满足泥沙运动相似的要求所产生。因此在将试验结果外推到原型时会产生较大偏差。全面分析了系列模型实验法、经验公式法和相似模型试验法减少或者消除比尺效应的优缺点;提出了经验公式用于分析试验结果的偏差程度。认为满足泥沙起动相似和动床阻力相似是冲刷物理模型设计和模型沙选用的重要原则。

大洪水时黄河下游河道冲淤规律

以几场较大洪水过程为例,总结了黄河下游不同河段大洪水时的水沙特征,对大洪水时下游河道的冲淤规律进行了分析。结果表明:黄河下游洪水的来源区不同,洪水含沙量差别很大,洪水峰型组合和"胖"、"瘦"程度也不同;花园口站洪峰流量为8 000～15 000 m3/s时,下游各河段冲淤强度变化不大,但随着洪峰流量继续增大,铁谢—高村游荡型河段和高村—艾山过渡型河段洪峰期冲淤强度与花园口站最大洪峰流量呈正比关系,艾山—利津弯曲型河段冲淤强度与花园口站最大洪峰流量呈反比关系。

淮河干流蚌埠至浮山段输水输沙规律研究

识别淮河干流水沙输运机制及运行规律,是当前淮河治理中亟待解决的基础问题。选择淮河干流蚌埠至浮山段作为典型,采用实测资料分析、物理模型试验与数学模型计算相结合的方法,系统分析了河道的水沙输移特性。结果表明,高滩深槽的断面型式与狭窄的滩面造成本段滩地分流比偏低,行洪主要依赖于主槽。近期河道的泄流能力有所增加,是自然演变、人工采砂与河道整治三者共同驱动的结果,其中河道整治的贡献率最大且作用不可替代。河道的洪水传播速度与来流量存在较强的相关性,在漫滩行洪阶段(2900 m^3/s≤Q<4500 m^3/s),滩地水流对主槽水流的阻滞作用明显,相应洪水传播时间也较长。以水文站输沙率公式为基础,推导了河道冲淤量与水流条件的经验公式,并提出大水冲刷,小水淤积的流量阈值为3400 m^3/s。考虑冲淤状态的影响,对已建挟沙能力公式进行改进。经验证,修正后的挟沙能力公式能够反映实际。上述研究成果可为进一步治淮提供参考。

渭河下游河道冲淤规律及断面形态变化研究

渭河具有水沙异源的特性,水量主要来自于咸阳以上干流,沙量主要来源于支流泾河。在天然水沙断面资料分析及实体模型试验研究的基础上,根据平滩水位变化情况等,将泾、渭河洪水分为4类组合,分析了典型年份不同水沙组合条件下渭河下游河道的冲淤规律及主槽形态的变化特点。结果表明:1975年以渭河为主的大洪水,对扩大主槽形态、提高主槽输水输沙能力具有明显作用,而1992年以泾河为主的大洪水的作用却不明显;河道萎缩条件下的1995年小水大沙使主槽严重淤积、变得更为宽浅,断面面积减小。

煤矸石松散堆置体坡面侵蚀规律研究

采用室内模拟径流冲刷试验,对煤矸石堆置体水土流失规律进行了研究。结果表明:(1)在20,°25,°30,°35°4个坡度、放水流量为2 L/min,2.5 L/min,3 L/min,3.5 L/min的情况下,煤矸石堆置体的侵蚀产沙过程存在明显的差异:在较小坡度和流量下,侵蚀的脉动性、随机性、间歇性明显,径流体积含沙量变化幅度很大;在较大坡度和流量下,侵蚀呈现明显的突发性,泥沙移动具有类似泥石流移动的特征,在冲刷初期含沙量便达到最大值,随着时间的延续,含沙量逐渐降低,最后趋于稳定。(2)集中径流对煤矸石堆置体具有很强的冲刷作用,会造成严重的侵蚀,总侵蚀量的大小与设计流量呈线性关系,与坡面坡度呈幂函数关系。

动网格技术数值模拟挑流冲刷过程

实际挑流泄洪消能时冲坑及堆丘的形成是一动态过程。已有对挑流冲刷的数值模拟多考虑平衡冲刷坑情况。本文采用动网格技术模拟挑流冲刷时因河床边界变化引起的流场变化过程 ,控制方程组由非正交同位网格有限体积法求解。计算结果表明 ,本文方法是有效的 ,正确地反映了挑流冲刷过程中流场结构及速度、压力等参数的变化。

简论我国古代黄河泥沙运动理论及其实践

古人对黄河泥沙及其运动的观察和认识由来已久 ,并形成了初步的泥沙理论 ,在内容上主要表现在以下五个方面 :黄河水流含沙量、泥沙淤积规律、泥沙冲刷规律、束水攻沙理论 ,以及泥沙冲淤与河道变化的关系等。此外 ,历史上治理黄河泥沙的实践也取得了相当的成就 ,本文从五个方面对此进行了分析 ,即 :泥沙清浚、束水攻沙的实践、王景治河与贾鲁治河中的治沙问题、河口治理。

人工降雨对地表污染物的冲刷规律及洗尘效果研究

针对人工降雨对地表污染物的冲刷规律及洗尘效果展开研究。首先,通过建立冲刷模型深入分析了人工降雨对地表污染物冲刷能力的影响因素,计算地表污染物的冲刷速度、集流时间、有效降雨强度、平均地表污染物量、人工降雨深度、地表污染物附着浓度、冲刷系数等参量,从而得到人工降雨对地表污染物的冲刷规律。结合CA-FCM算法对人工降雨作业区域进行网格划分,利用F检验规则对其除尘效果进行准确评价。实验结果表明人工降雨对于降低地表污染物含量、保护地表生态环境具有重要意义。

透水砖堵塞程度对径流颗粒物冲刷规律的影响

针对目前透水砖堵塞后引起径流颗粒物输出规律变化不清晰的问题,采用模型模拟、因素分析等方法研究透水砖堵塞对其表面径流颗粒物冲刷规律的影响。结果表明,堵塞程度、降雨重现期是影响透水砖表面径流颗粒物冲刷过程的重要因素,堵塞程度越高、重现期越大,初期冲刷效应越强烈、颗粒物累积冲刷量越大;结合不同降雨重现期下,各堵塞程度透水砖表面径流颗粒物冲刷过程,引入堵塞程度r这一动态变化量修正传统指数冲刷模型,建立了适用于不同堵塞程度透水砖的径流颗粒物冲刷模型;透水砖堵塞程度可显著影响径流中颗粒物粒径分布,且与降雨重现期、径流历时存在交互影响作用。