河口海岸近底层潮流速分布模式初步研究

许多现场实测资料表明,潮流近底流速剖面偏离传统的对数分布。虽然偏离值可能不大,但利用对数剖面去计算河底粗糙长度和剪切应力时会引起较大的误差。有研究者的数值试验表明,如果通过流速是对数分布来估计粗糙长度和底部切应力,偏差可能超过100%(Kuo等,1996)。本文从流体动力学原理出发,利用Prandtl混合长度和Von Karman自相似理论,建立河口海岸近底层潮流速分布的对数线性模式。通过对英国大陆南部西Solent水道实测水流垂向分布进行枚举粗糙长度z0结合最小二乘法拟合,并将计算结果与传统的对数模式的结果比较,表明本文模式有以下优点:①精度高,计算值更接近实测值;②所确定的粗糙长度z0和摩阻流速u*的相关系数更高,且两者在相位上更趋一致。     

河口海岸潮流速分布模式研究

在沿岸水域尤其是在浅海陆架和近岸区，潮流在水流运动中起着主导的作用，在潮流运动中，近底流速剖面偏离传统的对数分布。根据前人的研究，笔者曾从理论上得到了近底流速分布的对数线性模式。但该模式对近底层的数据要求较高，一般近底1m之内需要四层测量数据，而这些数据在实际应用时很难得到。因此，本文根据潮流运动的表面边界条件将该模式进行扩展研究，使其能适用于传统的六点法测量数据。该扩展模式为对数抛物模式，适用于全水深，是潮流速分布模式。通过长江口和江苏岸外西洋海域两个实例计算分析，并与传统的对数分布模式比较，结果表明该潮流速分布模式在各层数据上都与实测数据具有良好的相关性且物理量z0与u．之间具有更好的一致性和相关性，可应用于河口海岸流速分析研究。     

挟沙水流卡门常数的理论研究

挟沙水流的流速分布,特别是其中的卡门常数,一直是冲积河流水力学研究的热点问题之一.实测资料表明挟沙水流流速分布仍遵循对数流速分布规律,但在主流区的卡门常数要小于清水时的卡门常数,而在近底区的卡门常数与清水基本一致.在引入颗粒切应力的基础上,从理论上推导了同时适用于主流区和近底区的统一流速分布模型.利用该流速分布模型,得到挟沙水流的卡门常数沿垂线是变化的结论,即从近底区的约0.4渐变到主流区的小于0.4.并给出了主流区卡门常数的理论表达式,认为主流区卡门常数与近底区的泥沙浓度和泥沙粒径有关.该卡门常数的理论公式与实测资料较为吻合.     

考虑动水压力梯度的自由水面计算

本文首先指出了两种常用计算自由水面方法存在的不足,提出在构造标高函数求解水位方程时,应考虑沿水深平均的动水压力梯度的影响,并说明了具体的计算步骤,推导出一种简便的计算近底平均流速的关系式,最后通过两个计算实例表明：引入动水压力梯度后,数值计算结果与实测值更为接近。     

悬移质近底参考面平衡浓度的一个计算公式--对Lane与Kalinske模式的改进

根据推移质与床沙交换、悬移质主要与推移质交换的物理背景，采用Einstein床面泥沙的起动概念及推移运动概率函数表征床面泥沙起动及推移运动，采用Lane与Kalinske提出的泥沙因水流垂向脉动而进入悬浮运动的模式表征推移质进入悬浮运动的过程，建议一个床面层高度，建立了一个悬移质近底平衡浓度的一个计算公式。公式的参数由实测资料确定，公式经过了独立资料的检验，计算精度在可以接受的范围内。基于本文建议的床面层高度及参考面平衡浓度公式，建立了悬移质输沙率计算方法，取得了满意的输沙率计算精度。对于细颗粒泥沙的悬移质输沙率计算，本文公式克服了Einstein方法的缺陷。