近岸海域水流挟沙力研究进展

 泥沙输运过程是研究海洋环境问题的一个基础课题，水流挟沙力是近岸海域泥沙输运研究的一个关键技术。通过对国内外海洋水流挟沙力研究成果的分析，分析了各类水流挟沙力公式应用的可能性和局限性，综述了波、流共同作用下的挟沙力研究进展。     

考虑水流紊动的丁坝下游回流区水流挟沙力研究

研究复杂流态下丁坝回流区水流挟沙力的变化规律,对于优化丁坝设置具有重要的意义.基于丁坝水流紊动实验所得主流区、回流正流区和回流负流区的水流紊动强度,利用水流切应力和流速的关系,建立了考虑水流紊动强度的丁坝回流区水流挟沙力公式.利用此公式解释丁坝后的淤积现象、三峡永久船闸上引航道口门区淤积以及桥墩后部漩涡冲刷现象,并给出不同紊动强度下主流区、正流区和负流区不淤流速.公式可用于回流河段泥沙数值模型中.     

长江下游水流挟沙力公式

1 问题的提出水流挟沙力问题是泥沙研究中一个十分重要的课题.在对河道作冲淤变形计算时,了解某种水流条件下能够挟带的沙量,即水流挟沙力是很重要的.它是河道的重要特性和河床演变分析的基础.这个问题十分重要,古今中外,不少学者致力于这方面的研究,并且提出了不少半理论半经验公式或经验公式.但由于它涉及的因素复杂,理论本身不成熟,以往的研究公式均有一定的局限性,不适用于长江下游的情况.本文在以往研究的基础上分析长江下     

涵洞输沙特性研究

地下涵洞穿越河渠淹没于水下，水沙运动呈有压流状态，合理利用洞内水流自身能量，才能确保输送泥沙过洞。依据床面泥沙起动切应力相等原理及明渠水流挟沙力公式，提出了适应地下涵洞泥沙起动流速关系及输沙能力的修正公式。该公式较好地反映了地下涵洞的泥沙运动及输沙规律，为解决地下涵洞安全输沙及防止泥沙淤积提供了理论依据。     

黄河下游游荡型河段挟沙力、阻力沿河宽分布的研究

对游荡型河流挟沙力、阻力沿河宽分布情况进行了研究。研究发现河道断面形态变幅较大是影响现 有二维挟沙力研究方法应用到游荡型河流中的主要原因;阻力沿河宽分布除河道断面形态影响之外,滩槽水 流差异也是不可忽略的。因此,引入反映河流断面形态变幅以及滩槽差异的因子,结合黄河水沙资料对现有 公式进行修正,得到适用于黄河下游游荡型河段的二维挟沙力、阻力公式。     

库区交汇河段淤积沙坝形成的水动力试验研究

通过典型库区交汇河段模型试验研究了在汇流比与坝前水位影响下,断面平均流速和水流挟沙力的沿程变化规律,阐释干流淤积沙坝的形成机理及汇流比与淤积沙坝分布的关系.结果表明:水流由干支流向交汇区下游运行过程中,断面平均流速与水流挟沙力均存在由增到减的转折点,转折点位于干流交汇区内;当汇流比大于0.56时,从支流河道到交汇区下游挟沙力出现了骤降.水流挟沙力的不均匀变化导致了干流淤积沙坝的出现,汇流比的大小则决定了淤积沙坝形成的部位.随着坝前水位的升高,交汇河段淹没程度增大,交汇区内的转折随之弱化.     

挟沙水流悬移质运动效率系数的研究

悬移质运动效率系数是泥沙悬浮运动消耗能量(悬浮功)与挟沙水流紊动能量之比值,它是反映悬移质运动能量功效最重要的特征参数.本文基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,在二维、恒定、均匀及充分紊动的流态条件下,经过必要的推导和简化,得出悬移质运动效率系数理论表达式;通过应用黄河下游实测资料,对效率系数公式进行验证计算,结果表明效率系数公式计算值与实测值相符较好;进一步应用黄河下游实测资料,建立了效率系数与水流挟沙能力之间的关系,说明随着含沙浓度的增加,水流挟沙能力相应加大,效率系数呈下降趋势,并趋于一个稳定的低值范围,含沙浓度进一步增加不会给水流增添额外的能量负担,为黄河挟沙水流高效输送提供了科学依据;同时效率系数公式的导出为建立挟沙水流挟沙能力公式、揭示输沙机理奠定了基础.     

山区河流平面二维水沙数学模型研究

根据泥沙交换原理，建立了河道非均匀沙悬移质水流挟沙力及推移质输沙率的计算模式，将非均匀沙推移质与床沙的交换形式概化为单向淤积、单向冲刷及淤粗冲细3种基本形式，并建立了每种交换形式下的非均匀沙推移质有效输沙率的计算公式．针对天然河道边界复杂及天然河道长宽尺寸一般相差悬殊的特点，本文采用正交贴体网格．在此基础上建立了正交曲线贴体坐标系下的平面二维全沙数学模型．采用有限体积法对拟合坐标系下的水沙基本控制方程进行了离散，在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法．在北盘江坝油滩河道中对水位、水流流速以及河床冲淤等进行了验证计算及分析．数值实验表明，该模型能正确地模拟山区河流复杂的水流以及河床的冲刷、淤积过程。     

明渠水流泥沙含量垂线分布规律的研究

在分析泥沙颗粒含量分布特性的基础上,指出扩散理论能较好地描述主流区的泥沙含量分布规律,但在近底流区由于泥沙碰撞切应力的存在,使得扩散理论不能解释此区域的泥沙含量分布规律.进而在引入颗粒碰撞扩散的基础上,对泥沙颗粒扩散理论进行修正,从而在理论上得到了挟沙水流泥沙含量分布规律的公式.与实测资料对比表明,该公式能更好地描述包含主流区与近底流区在内的泥沙含量分布规律.     

黄土丘陵沟壑区降雨产流产沙特性及治理模式

根据径流实验站的实测资料分析了黄土丘陵沟壑区典型沟道小流域的降雨径流特性 :该地区均为短历时的超渗产流 ,次产流降雨历时小于 70 m in,相应的径流量小于5 0 m m。根据极限含沙量的概念 ,在小流域内减少汛期径流就能有效地控制水土流失。通过坡改梯和淤地坝等水土保持措施 ,可以有效地拦蓄汛期径流 ,从而显著减少黄河中游多沙粗沙区进入黄河干流的泥沙 ,减缓来沙量大于水流挟沙力的矛盾 ,使危害黄河的灾害泥沙保留在坡面上和小沟道内而成为资源泥沙     

明渠水流挟沙能力的进一步研究

本文根据修正维利堪诺夫重力理论,利用拜格诺建立悬移质输沙率公式的基本概念,导出了明渠水流挟沙能力公式,并用野外和室内实测资料确定了公式中悬浮效率系数K的值。通过用黄河土城子河段的实测资料验证,结果表明计算值与实测值有较好的一致性。     

近底泥沙通量的处理方法及适用性

为了正确理解悬沙运动方程底边界条件即近底泥沙通量的诸多处理方法的物理意义和适用性,避免泥沙理论分析和数值计算带来的偏差,归纳总结了近底泥沙通量的各种表达式,对它们的适用性和合理性进行分析.结果表明:以挟沙力、切应力、参考浓度或临界速度等方法处理近底泥沙通量,表达形式虽然多样,或将临界切应力换成对应的临界速度表示,或加入一些修正系数,但其物理本质不变,只是为了处理一些具体问题而做的简化或修正;挟沙力方法和切应力方法的经典形式用于描述近底泥沙通量更具一般性,这2种方法描述的物理过程有差别.     

坡面产沙理论模型

坡面产沙计算是水土流失预测模型的基础.本文基于泥沙运动力学的基本概念,在概化的坡面上考虑影响侵蚀产沙的主要因素及其水力学关系,推导出坡面产沙量的计算公式.通过与坡面产沙实验资料对比,说明提出的坡面产沙计算公式结构合理,待定参数确定后可以作为预测坡面产沙的计算模型.     

浙江沿岸休闲生态型人工鱼礁初选点底质类型分析及承载力的计算方法

根据2003年夏季浙江沿岸休闲生态型人工鱼礁初选点的本底调查结果,对15个人工鱼礁拟建区的底质状况进行了分析,引用了较适合于人工鱼礁承载力计算的TERZAGHI公式对15个初选点的底质承载力进行了计算和分析,并提出了船形人工鱼礁最大压载量的计算方法。     

用有限元法求解河流平面二维冲淤问题

本文建立了一种用有限元法模拟自然河流平面变形的数学模型.模型考虑了二维水流挟沙力,并提出了一种处理固壁不可入边界条件的方法.用长江中游界牌河段的实测资料进行了验证计算,结果表明,水位、流速分布、含沙量分布及河床冲淤变化的符合程度均令人满意.     

河口闸下水动力与泥沙清淤问题的研究

为优化河口防潮闸下清淤工程方案,提出了以两相流方程描述底沙运动的理论模式,建立了泥质河口二维水流、泥沙数学模型,并优化独流减河口闸下清淤工程方案.对独流减河口闸下大、中、小潮潮位、流速、含沙量过程和海床演变进行了验证,计算分析了现状地形条件下闸下泄流能力,对宽浅型和窄深型两类清淤方案的不同清淤规模的泄流能力进行了计算模拟.讨论了不同清淤规模条件下泄流能力、清淤量、回淤量与回淤率的关系,给出了各工程方案的清淤效率指标.     

没冒沙水域水沙运动特性及筑库工程对其影响

以多年数据资料,特别是最新的2003年9月,12月洪枯季和2004年1月枯季南槽没冒沙水域以及邻近水域各定点观测水沙数据资料为基础,采用水文学、泥沙运动力学和数理统计的方法对没冒沙水域的水沙特性进行了分析.结果表明,该水域落潮流速大于涨潮流速,落潮历时比涨潮历时长;净水量向外海,呈落潮流优势;含沙量普遍较高,大潮平均含沙量1.40 kg/m3,小潮平均含沙量0.60 kg/m3,洪季含沙量比枯季高,洪季大潮涨潮含沙量比落潮高,小潮则相反;枯季不论大小潮,一般都是落潮含沙量大于涨潮含沙量;含沙量垂向梯度的大小潮变化、洪枯季变化和涨落潮变化明显.并且用水流连续方程和拟合挟沙力公式推算了水库工程建设后水流流速和含沙量的变化,估计将对南槽产生一定影响.      

冲淤平衡状态下悬移质挟沙力级配的分析研究

基于泥沙运动的起动和止动条件分析了悬移质泥沙和床沙交换的内在机理，并根据这一机理推求了冲淤平衡状态下悬移质挟沙力级配的计算公式。经渭河实测资料验证，计算值与实测值基本相符，表明该计算公式具有良好的适用性，可在泥沙数学模型中参考应用。