独流减河口潮流泥沙运动规律数学模型研究及清淤方案优选

本文以独流减河为例， 建立了淤泥质短引河河口泥沙数学模型， 对河口泥沙运动规律进行数学模拟研究， 并针对河口规划泄洪能力的要求， 就河口泥沙清淤方案进行了优化计算， 提出了淤泥质河口设计清淤方案的原则． 在数值模拟方面，

常曲率U型弯道水流结构与泥沙冲淤试验研究

通过在常曲率U型弯道水槽试验中采集的流速和水深过程数据,研究了弯道内水流结构及泥沙冲淤形态,分析了水流与床面之间的相互影响。试验发现:(1)弯道水流结构水面线发生扭曲,水流动力轴线及三个方向的垂线平均流速随流程和横向分布均有变化;(2)由于弯道特有的几何特征,使弯道中水流产生特有的弯道环流运动,弯道环流运动引起弯道泥沙的横向输移,形成弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的冲淤特性,反之,床面形态的变化也使水流结构发生改变。研究所得结果可为河流泥沙研究提供参考。

渗流作用下的泥沙运动研究综述

对渗流输沙的形式、泥沙起动的临界条件和泥沙输移模型三个问题进行了总结。目前的研究成果众多,有基于经验数据的总结、有关于理论方法的推导,但总体来说各种成果的适用性都有局限。各种成果的差异的原因需要深入研究,从而找出更精确的理论方法。对于二维渗流以及非饱和渗流作用下的泥沙运动问题需要在以后的研究中得到加强。

边界条件对自然河流形成及演变影响机理的实验研究

运用自然模型法,采用清水冲刷成功地塑造了室内天然小河。实验研究了不同的初始河流几何边界条件以及水流条件对河流演变的影响。研究发现流量对河流展宽幅值影响最大。水流入射角的大小与河流展宽幅度及河流弯曲度的变化没有必然的联系,30°入射角时小河的河流展宽及弯曲度变化最明显。入射角对河流演变的作用只是短期的,且在演变初始阶段影响较大。受初始边界条件的影响,河流向下游演变具有滞后性及曲率变化的传递性等特点。本文最后分析了河流演变过程中的泥沙分选现象。

圆管有压流输沙与泥沙垂向分选特性试验研究

管道输沙是实现黄河水沙资源重分配的有效手段之一,广泛用于水库泄洪排沙、河道疏浚及滩区淤沙等工程。以黄河流域水库高含沙隧洞和管道输沙为工程背景,设计了循环管道输沙试验系统,以d_(50)=107μm的黄河细沙为试验材料,研究有压封闭环境下不同含沙浓度引起的断面流速、泥沙浓度垂向分布等物理量的变化,并采用Malvern3000粒度分析仪对分层泥沙样品进行颗粒分析,探讨泥沙垂向分选特性。试验结果表明:泥沙的存在会改变清水流场分布,小流量工况的水动力较弱,含沙浓度的增加引起断面流速分布不对称,垂向泥沙颗粒出现明显分层;随着流量增大,流速不对称性有所降低,含沙浓度沿垂向趋近均匀分布,泥沙分选效果减弱。

河流阻力特征参量提取及SVM辅助河床形态判识

床面形态的变化影响着泥沙输移和水流阻力,是河床演变的重要方面。预测床面形态变化对河道整治和泥沙研究具有实际意义。本文基于水流阻力规律确定了判别床面形态的特征参数;通过对特征参数与床面形态关系的分析,发现特征参数与床面的形态的关系呈“S”型;利用决策向量机(SVM)多分类法对床面形态进行自动划分,根据划分结果对无量纲特征参数进行非线性和线性拟合,得到拟合函数;对特征参数与沙波形态的拟合函数进行求导分析,计算得出河床在各沙波形态下的特征参数取值范围,确定河床形态判别标准;结合试验数据和实测资料对河床形态判别标准进行验证,结果表明本文所述方法在河床形态识别方面具有可行性和准确性。

沉箱开孔形式对波浪反射的影响试验研究

为了降低码头前沿的波浪反射作用、改善船舶靠泊作业的泊稳条件,开孔沉箱越来越多地被应用在直立码头工程中,但相关行业规范尚缺少对沉箱开孔形式的系统性说明。以大连港大窑湾港区四期工程为例,通过物理模型试验,重点分析不同沉箱开孔形式对不规则波作用下码头前沿波高反射系数的影响。结果表明:短周期波浪通常比设计波浪情况下的反射系数要小;试验断面的消浪性能在设计低水位附近最为理想;沉箱胸墙设置消浪腔对减小断面波浪反射的效果不明显;波浪反射系数主要取决于开孔率。

河岸陡峭度对冲积河流平衡河道形态的影响

河岸抗冲性对河流横断面形态影响显著。以水力半径分割方法为基础,采用等腰梯形过水断面,以河岸陡峭度代表河岸的抗冲性,利用变分方法研究冲积河流达到平衡状态时,河岸抗冲性对河道横断面形态以及输沙能力的影响。研究结果表明:河岸陡峭程度减缓时,平衡河道形态变得宽浅,相反变得窄深;河岸陡峭度变化对水力几何形态关系式中的相关变量指数几乎没有影响,仅仅影响水力几何形态关系式中的系数。随着河岸陡峭度增加,河流达到平衡状态时横断面形态变得窄深,河道最大输沙率增大。

冲积河流推移质输沙最优河道形态影响因素理论分析

为从理论上确定水沙动力、阻力和边界条件对冲积河流推移质输沙最优河道形态和最小比降的影响,基于水力半径分割方法将河床整体糙率划分为河岸糙率和河底糙率;采用河道形态自动调整变分方法,以等腰梯形为河道过水断面,推导推移质输沙率与河道形态的关系,分析河岸与河底相对糙率、河岸坡角、流量、输沙率、中值粒径和河底糙率对最优河道形态和最小比降的影响。结果表明:最优河道形态和最小比降随河岸与河底相对糙率的增大而减小,随河岸坡角的增大而增大。流量或者河底糙率的增加将使最小比降减小,同时造成最优河道形态趋向窄深。输沙率或者中值粒径的增加将使最小比降增大,但两者对最优河道形态演变的影响不同,输沙率增大将使最优河道形态向宽浅发展,而中值粒径增加将使最优河道形态向窄深发展。

基于阻力规律视角的水流能态区辨识

高、低水流能态区形成条件不同,其识别对于预测动床阻力具有重要意义。基于量纲一阻力方程推导了一个新的高、低水流能态区判别函数,包含悬浮数和水流作用数2个量纲一参数,提出了能态转变角和能态转移路径的概念,从流动阻力角度重新审视了水流能态区分问题。通过国内外4176组水槽和野外实测数据对该函数进行率定,确定了高、低能态区的临界方程。研究结果表明:该方法低能态区预测精度约为91%,高能态区约为85%,综合精度约为89%;在细沙河流中,随着水温的降低,更易发生水流低能态向高能态的转变。本文建立的判别函数不仅可高精度识别水流能态区,还可分析水温对能态区过渡的影响。

河岸植被覆盖影响下的河流演化动力特性分析

河岸植被对河道的水流运动、主槽稳定及河湾迁移等均有重要的影响,尤其是在洪水期河流的演化过程中。为分析不同密度植被护岸对河流动力过程的影响响应,本文采用自然模型实验,通过改变河岸植被种植密度及单双岸布设方式,模拟河岸有无植被种植的河流演化过程。给定相同的造床流量、坡降、泥沙粒径等水沙边界条件,设定控制变量为河岸植被覆盖率,分别为0%,20%,40%,80%。实验结果表明:(1)单岸植被覆盖其主流稳定性较两岸植被覆盖为差;(2)河岸植被越密集,水流对河床的局部扰动越强烈,河演达到稳定状态周期越长;(3)两岸植被覆盖的蜿蜒河道其稳定曲率随植被覆盖率增大而减小,较大的水流剪切力会造成较大的河湾迁移。

有压输沙管道脉动压强特性试验研究

壁面脉动压强是工程上重要的研究对象,脉动强度直接影响泄洪排沙洞、输水隧洞(管道)等建筑物的稳定性和运行安全。为研究不同含沙浓度对壁面脉动压强特性的影响,以黄河细沙(d50=107μm)为研究对象,在直径80 mm的水平管道中进行模型试验,测量出每种工况下的流量、含沙浓度和脉动压强。采用统计方法对测量数据进行多方面分析,并结合快速傅里叶变换(FFT)方法研究了脉动压强的功率谱密度。试验结果表明,时均压强的沿程幅值和瞬时峰值压强均随含沙浓度增加而增大,相对脉动强度随着含沙浓度增大总趋势是减小的;脉动压强概率密度为脉动压强均值接近于零的正太分布,随着含沙浓度增加分布形态从瘦高型发展成矮胖型,压强振幅变大;脉动压强功率谱密度中低频分量随着含沙浓度变大有明显的增加。

泥沙颗粒跃移运动机理

水流中泥沙颗粒的跳跃运动是推移质运动的重要形式,根据泥沙颗粒运动过程的受力分析,建立了忽略颗粒旋转和紊动影响的泥沙颗粒跃移运动模型,并采用数值计算方法,求解了跃移运动方程,得到了跃移运动参数(跃移长度、跃移高度、跃移速度)的统计特性,所得结论与实验资料吻合较好;通过对数值计算结果回归分析,得到了跃移运动参数以及输沙率的数学表达式,对于了解推移质运动机理有重要的意义.

沿岸输沙计算研究综述

沿岸流输沙是波浪和波生沿岸流共同作用引起的沿岸纵向泥沙运动,是海岸带重要的泥沙搬运方式。自20世纪50年代以来,国内外许多学者对这一课题进行了研究,产生了很多理论公式,本文简要分析了各家的理论思想,根据不同的研究思想将诸多公式分类,简单论述了这些公式的优劣和实用性,并提出了一些沿岸流输沙研究中存在的问题。在文章的最后,介绍了理想沙质海滩稳定曲线的研究进展,并对其中存在的问题做了简单阐述。

常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。

木本植被覆盖岸坡上波浪爬升过程的数值模拟研究

近岸木本植物构成的生态缓冲带作为新型的海岸软防护结构,兼具功能性和生态友好性,在沿海工程建设中愈发受到关注,如何深入开展其防护效果的机理研究是目前亟待解决的问题。本文采用数值模拟方法,在N-S方程中分别考虑树枝和树干的拖曳力影响,提出了木本植被作用下波浪沿斜坡爬升的表面波衰减的连续介质等效模型,并采用MAC法来跟踪自由曲面上的水颗粒轨迹。本文以波浪沿1/30的斜坡爬升为算例,对比讨论了有无植被作用下波浪的传播过程,并将算例结果与以往试验结果规律进行对照,验证了数值模型的有效性。最后,分别讨论了植物枝干的高度、密度、树枝倾斜角度等植被特性和波浪因素对植被消浪效果的影响,得到植被消浪的基本规律。文中的计算结果也可为实际的护岸工程和生态景观设计提供参考。

独流减河口泥沙运动规律数学模拟及河口泥沙来源分析

简要介绍了弱潮河口潮流泥沙数学模型的基本理论,结合现场资料的提取和分析,建立了河口泥沙数学模型,对河口泥沙运动规律进行了研究,对河口泥沙来源进行了分析,为河口的进一步合理治理打下了基础.

基于两相流模式的水流挟沙力研究

水流挟沙力是泥沙研究中一个重要课题,是指在一定水流和边界条件下单位水体能够输移的饱和含沙量。当水流挟带的泥沙量与挟沙能力匹配时,河床不冲不淤;当水流挟带泥沙量与挟沙能力不匹配时,水中泥沙将与河床泥沙发生动态交换,床面淤积或冲刷,对河流床面高程产生影响。作者从考虑悬移质含沙浓度的水沙两相流基本方程出发,导出两相流瞬时能量方程并由此建立新型水流挟沙力公式,收集水流挟沙力水槽试验资料对公式中的系数进行率定。采用另外一些水槽试验资料及河流观测资料对所推求挟沙力公式进行验证,结果表明本文建立的水流挟沙力公式对低含沙水流有较高的适用性。

液化粉质土波动压力试验研究（英文）

海床土对波浪响应以及波致海床液化失稳的问题,已经有很多研究成果,而波浪作用海床液化土波动压力的研究还未见报道。采用波浪水槽实验,在未液化和液化两种情况下,分别施加不同波高的波浪,对底床各层位采集土体土压力,进行分析。实验结果表明,液化前后总土压力变化不明显,液化后的土动压力比液化前增大几倍到十几倍,且沿着深度的衰减速度更快。根据试验获得结果,进一步分析,提出了在水槽试验条件下的土动压力与波浪要素之间的经验公式。同时指出,在工程设计中应注意因底床液化引起的土动压力的增加的现象。

一种正弦派生曲线弯道的演变试验研究

不同河流形态间的交替转化,伴随着河流阻力规律的变化。为研究基础河型的演化规律,在实验室条件下,通过控制初始河道弯曲度、河宽以及流量,对正弦派生曲线弯道短期演变的特征规律,如河岸线、水流动力轴线和地形变化等进行了研究。结果清晰地表明了不同工况下河道的不同发展特征,＂大水＂条件下河道容易渠道化,河岸线趋于顺直,河道宽度主要受到初始河道弯曲度及水流流量的影响。总体来看,用非黏性泥沙作为实验材料,实验河道易向着游荡型方向发展,但在一定的时间段内,存在着典型弯曲河道演变特征,且可明显地观察到床面对流量的非线性响应特征。实验结果能为天然河流的平面形态演变研究提供支持。