冰盖下散粒体泥沙起动流速的试验研究

本文通过对水槽试验，对模拟冰盖流的河床泥沙起动流速进行了试验研究，探讨了冰盖流下河床泥沙起动流速的变化规律，试验表明：冰盖下泥沙卢动流速与冰盖及槽底糙度的相对比值有关。     

适用于明渠流及冰盖流的统一泥沙颗粒起动流速公式

为得到冰盖流条件下的非黏性泥沙起动公式,揭示冰期河道断面强烈冲淤变化的机理,基于Einstein假定,推导得到了同时适用于明渠流及冰盖流的统一的非黏性泥沙颗粒起动流速公式,所得公式与已有冰下泥沙起动流速试验数据符合良好。当冰盖糙率为0时,冰盖流泥沙颗粒起动流速公式即化为明渠流泥沙颗粒起动流速公式。应用所得公式,比较了明渠流、冰盖流、冰塞条件下的起动流速及可起动最大泥沙粒径关系,冰塞条件下起动流速最小,可起动最大泥沙粒径最大。2014年冰期黄河头道拐断面发生强烈冲淤变化,是冰花集聚形成冰塞引起可起动最大泥沙粒径增大所致。所得公式及所揭示机理,将为进一步深入研究河道冰期泥沙输移规律提供重要思路和参考。     

泥沙起动判别条件和推移质输沙率

在建立考虑了泥沙起动概率因素的散体泥沙起动流速计算式的基础上，讨论了泥沙起动概率，泥沙平均起动颗粒百分数，泥沙起动流速系数和推移质输沙率之间的关系．若以沙莫夫起动流速公式对应的起动流速系数值作为沙质河床起动临界条件的约定值时，相应的泥沙起动概率为０．１２７１，床面泥沙平均起动颗粒百分数为１２．７１％，无量纲推移质输沙率Φ为０．００３３５．这些结果与实际情况是基本符合的，可作为室内或野外观测泥沙起动的定量判别条件．     

河湾岸坡泥沙起动流速研究

通过对河湾岸坡上泥沙颗粒的受力分析,建立了相关的泥沙起动模式,从理论上推导出了对应的起动流速公式。与顺直河床的泥沙起动公式的比较表明,沙莫夫公式只是本文公式的特例。在概化的河湾岸坡水力学模型上,系统研究了不同弯道半径、水深、流量及岸坡坡度情况下泥沙的起动流速。通过验证比较表明,用本文所给公式计算的河湾岸坡泥沙起动流速与试验实测资料和前人的研究成果基本一致。     

泥沙起动流速随机特征的初步分析

采用理论分析和Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ 随机模拟两种方法，以泥沙所在位置为参数，分析河床松散排列单颗泥沙起动流速的随机特征。结果表明，随试验次数增加，统计分布函数趋于理论分布，开始收敛很快，逐渐变缓。６００ 次试验，误差下降到１ ％ ；４８００ 次可降到０－０４ ％ 。６０００ 次试验中，约６０ ％ 的点据落在以平均起动流速为中心，±１８ ％ 的范围内。因为起动流速存在较大的随机性，应将其看成一个有较大范围的参数，而非一个确定的值。本文显示了在泥沙运动基本规律分析中，随机模拟方法具有一定使用价值。     

粘性泥沙起动流速的探讨

本文结合琅琊山抽水蓄能电站下库库区原状土起动流速试验，对以往所采用的粘性泥沙起动流速分工进行了讨论。根据近年来明渠均匀紊流的理论研究与试验研究成果，对粘性泥沙的起动机理及起动流速的确定提出了一个设想，并给出了固结粘土的起动流速公式。本文指出，粘性泥沙的起动，除水流方面的影响外，粘性泥沙的组成及结构也是影响其起动的重要因素。因此，借鉴土力学、粘土坟物学等相关学科的研究成果将有助于此类工程问题的解决。     

斜坡上块石的起动流速与抛石体的稳定坡度

对松散结构河床中块石的稳定性进行三维分析。考虑了斜坡上的块石受与河床平行的重力分量影响．以及水动力与重力不共线两十特点．给出适应各种方向的起动流速普遍关系式。分析表明，起动流速以及斜坡稳定坡度决定于泥沙、床面性质和水流条件。流速方向不同．块石受力状况差别很大，这是斜坡和平底床面的主要差别。与试验数据对比说明，本文公式有相当的适应性。     

模型沙起动流速公式的研究

对现有泥沙起动公式的分析表明细颗粒泥沙起动流速大于试验值，本文利用大量的模型沙起动流速试验资料，对不同材质、粒径的各种模型沙，建立了起动流速的通用计算公式，该式与试验资料吻合良好。通过研究模型沙的起动状态与起动流速的变化规律，指出模型沙个别起动、少量动、普遍动对应的起动流速间具有线性关系，进而给出了模型沙不同状态的起动流速计算公式。     

泥沙起动流速的统一公式

在分析前人泥沙起动流速公式的基础上,通过理论探讨给出了泥沙颗粒间黏结力与水深引起的附加下压力的表达形式,在进行底部和平均流速换算时引入了张红武基于掺长模型与涡团模式建立的流速分布公式,遂基于黏结力与水深引起的下压力对泥沙起动具有同等重要的影响,以及天然河流泥沙运动的特征值,确定了公式的待定系数。从理论上建立的泥沙起动流速统一公式,不仅可概括粗细沙,而且能反映河床摩阻、含沙量及水温对泥沙起动的影响,并可适用于轻质沙。     

泥沙起动流速的随机分析

泥沙起动流速是河流泥沙动力学基本概念之一,对泥沙运动及河床冲淤变形研究有着重要意义.天然河流中的泥沙运动多处在紊流状态下,其影响因素极其复杂,具有显著的随机性.本文在总结前人研究成果的基础上,从流体力学层面论述了以作用于泥沙颗粒上的局部流速表示泥沙起动流速的合理性,进一步拓展分析,指出了以往公式的不足,给出了以局部点流速表示的包括散粒体与粘性颗粒在内的全沙起动流速公式,继而与各家公式作了对比;基于随机理论,给出了泥沙普遍动、少量动、个别动的判据,并将均值流速概率化,扩展了泥沙颗粒起动的范围与认知.     

基于分形理论的冰下水流流速垂线分布研究

冰下水流流速分布是冰凌生消、泥沙输移、河床演变及冰期输水的重要参考依据,基于分形理论,在前人的研究基础上,研究了冰下水流流速垂线分布规律。结果表明,依托明渠水流的若干成果,从分形理论出发,基于Einstein假定,可推出已有冰下不同形式的流速垂线分布公式;理论分析认为,冰下分区水流流速分布近似镜像,均具有分形特征,可用双对数公式表达,实测结果证明,对于弯曲河道,水流核心区流速分布均匀,并不服从对数分布,公式在运用时需考虑适用性或引入因子项;稳封期,冰盖区水流流速分布的分维值大于河床区,流速分布更均匀,而在弯道卡冰区域,由于弯道冰下水流结构的复杂性,河床区水流流速分布的分维值无规律。对冰下水流流速的研究,拓展了分形理论在水流流速垂线分布研究方面的应用成果,概化的冰下水流结构,对工程运用有一定借鉴意义。     

INCIPIENT MOTION OF NON-COHESIVE SEDIMENT UNDER ICE COVER - AN EXPERIMENTAL STUDY

Based on a series of experiments under both ice-covered and free surface conditions, the present article discusses the role of flow velocity and critical shear Reynolds number for incipient motion of bed material. The influence of the resistance coefficients of both the underside of the ice cover and the channel bed on the location of the maximum velocity has been discussed. In addition, the impacts of ice and composite resistance coefficients on flow velocity for incipient motion of bed material have been assessed. The diagram describing the critical shear Reynolds number and the dimensionless shear stress for the incipient motion of sediment under ice covered conditions with different under cover resistance coefficient has been established. The effects of grain size on densimetric Froude number for incipient motion of bed material have been investigated. A relationship between the densimetric Froude number for incipient motion of bed material and the median grain size of bed material as well as the roughness coefficient of channel bed and roughness coefficient of ice cover has been established.     

冰盖下典型复式断面河道水深平均流速的横向分布

开展冰盖下典型复式断面河道水深平均流速的横向分布规律研究,对于凌汛防治具有重要意义。本文在SKM法的基础上,结合双层假设理论,并将二次流项并入雷诺切应力项,建立了考虑河床摩擦、冰盖阻力、横向剪切湍流和二次流影响的准二维数学模型。与相应的物理模型实验结果对比发现,所提出的准二维数学模型能够合理预测复式断面河道各断面的水深平均流速横向分布及河道过流量。本文提出的数学模型,无需通过计算机编程联立求解复杂方程组,即可获得水深平均流速的横向分布特征,对研究具有复式断面的覆冰河道的水流特征具有一定的指导意义。     

DETERMINATION OF RESISTANCE TO FLOW IN ICECOVERED CHANNELS USING SEMI-LOGARITHMIC VELOCITY DISTRIBUTION

1.INTRODUCTIONTheformationoficecoveronflowingwatergreatlyaltersflowcharacteristics,resultinginthechangeofvelocitydistributionandtheincreaseofflowdepthincomparisonwithfreesurfaceflowwiththesamedischargeduetotheincreasedresistancecausedbyanadditionalsolidboundary.Fromengineeringpointofview,estimationofconveyingcapacityofice--coveredstreams,orcalculationofwatersurfaceprofilealongriverreachwithicecoverisveryoftenrequiredinrivermanagementinvolvingtheoperationofreservoirswhenreleasesbaseduponthe…     

非均匀沙起动规律研究

从非均匀沙受力分析出发，将非均匀泥沙起动所受到的附加作用力分为两部分。用滚动平衡方程式建立了能反映非均匀沙不均匀性的起动流速公式。利用天然河流实测资料和水槽实验资料率定计算公式中的系数，并用其它天然河流和水槽资料进行了验证。结果表明，公式的计算值与天然河流的实测值和水槽实验的实验值符合较好。     

北方河流冰期水流阻力分析

本文通过由流速分布推求冰期河道冰盖糙率系数,提出了由流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法,同时考虑冰盖影响区与河床的流速分布,确定最大流速位置,阐述了冰盖对水流的阻力是研究河道冰情演变及其运动规律的依据.并对河道冰期形成冰盖,其阻力使河道水位升高、过流能力降低、水位流量关系改变.流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法进行了分析.为北方地区基层测站的冰期测验工作提供参考.     

冰盖下桥墩局部最大冲刷深度试验研究

冬季寒冷的北方河流易形成冰盖或冰塞,冰盖的存在对桥墩附近局部冲刷产生影响。在清水冲刷条件下,试验研究了有无冰盖条件下,不同流速和水深对桥墩附近局部冲刷的影响。研究结果表明：对比明流条件,冰盖的存在导致更大的近底流速和近底流速梯度,从而桥墩局部最大冲刷深度更大;其它条件相同的情况下,随流速的增大,桥墩局部最大冲刷深度增大;随着桥墩墩径增大,桥墩局部最大冲刷深度增加;水深增加时桥墩局部最大冲刷深度相对减小。根据试验数据,给出了有冰盖条件下桥墩局部最大冲刷深度的计算公式,与国内外相关试验数据吻合较好。     

ANALYSIS OF FRAZIL JAM DATA FROM HEQU REACH OF THE YELLOW RIVER

ＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＦＲＡＺＩＬＪＡＭＤＡＴＡＦＲＯＭＨＥＱＵＲＥＡＣＨＯＦＴＨＥＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＷａｎｇＤｅ－ｓｈｅｎｇ；ＳｈｅｎｇＨｕｎｇ－ｔａｏ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎ...