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。     

波浪欣沙的动力学机理分析

本文从床面附近泥沙颗粒的运动特征出发，详细分析波作用下床面泥沙扬起的动力学机制，得到了波浪欣沙计算公式，计算结果与实测资料相吻合、研究表明淤泥质第岸泥沙颗粒的稳定性主要受制于颗粒间的粘结力和薄膜水压力，重力作用居于次要地位，因此泥沙颗粒越细越难以起悬。     

波浪掀沙的动力学机理分析

本文从床面附近泥沙颗粒的运动特征出发，详细分析波浪作用下床面泥沙扬起的动力学机制，得到了波浪掀沙计算公式，计算结果与实测资料相吻合。研究表明淤泥质海岸泥沙颗粒的稳定性主要受制于颗粒间的粘结力和薄膜水压力，重力作用则居于次要地位，因此泥沙颗粒越细越难以起悬。     

非均匀沙荫暴作用及起动流速

引入表征床沙位置的泥沙切点公切线与水平面的交角为参数，依据泥沙起动研究床面表层泥沙由静止到运动的临界条件，确定了以公切角变化范围表征的泥沙起动的判别条件。建立了公切角与颗粒暴露度关系式，推导了在平均情况下，以平均粒径代替起动颗粒上游泥沙时的颗粒平均暴露度。把非均匀沙的荫暴作用与其在床面位置和起动粒径相联系，起动力臂以公切角表示，按照指数流速公式形式，根据滚动平衡条件推导、建立了与床面位置相关的非均匀沙起动流速公式。给出了平均情况下相应于不同粒径的公切角计算式。利用13组共133次实验资料对公式进行了验证，证明公式具有较高的精度。     

非均匀沙床面平衡浓度

根据近底非均匀沙交换的随机 力学模式首次从理论上建立起非均匀沙床面平衡浓度公式，将床面平衡浓度表示为起动、不止动和悬浮概率以及单步运动平均时间比B的函数关系。残差修正灰色系统模型和指数拟合关系用于悬移质平衡浓度竖向分布实测资料以获得床面平衡浓度值，据此确定理论公式中的参数B.床面平衡浓度计算与“实测”值比较结果令人满意，意味着本文提出的公式是合理的，可作为悬移质运动微分方程的底部边界条件。     

粗化床面非均匀沙推移质运动扩散特性研究

对泥沙颗粒运动规律的把握是准确估算推移质输沙率的基础.本文开展了粗化床面条件下的水槽试验,分析了非均匀沙颗粒的均方位移和速度自相关系数变化,并与已有均匀沙试验进行了对比.结果表明,粗化床面存在着由单个或多个粗颗粒组成的粗化结构体,形成比平整床面更复杂的底部边界,粗化结构体对泥沙颗粒运动造成较大影响,颗粒在运动过程中与水...     

泥沙颗粒床面暴露度的理论分析及应用

床面泥沙暴露度是影响床面泥沙起动和输移的重要因素之一,目前在理论层面如何合理描述其影响尚未形成清晰的认识.本文在已有研究的基础上,针对非均匀沙,提出了新的暴露度计算公式,建立了床面泥沙暴露度与泥沙粒径之间的函数关系.基于该公式,推导得到了包涵暴露度影响的单颗粒滚动和跃移运动参数的理论表达式,通过与跃移距离和跃移高度的实...     

基于高速摄像技术的推移质床面沙条带结构试验研究

本文开展推移质平衡输沙试验,基于图像处理、PTV方法和卡尔曼滤波算法,分析床面推移质泥沙颗粒运动规律。在此基础上使用SFM方法重构床面三维地形并与颗粒运动对比,以研究推移质运动与紊流相干结构相互作用机理。结果表明:(1)通过本文方法,可从颗粒尺度较好识别推移质运动轨迹,为推移质运动机理研究提供新思路。(2)一定水流强度条件下(Θ=0.048,0.06),推移质运动强度在床面沿横向方向存在高低间隔的带状结构,水槽中间区域明显,至水槽两侧结构逐渐消失。(3)床面形成交替间隔的沙脊和沙垄结构时,沙垄区域推移质运动强度大,沙脊区域推移质运动强度小。(4)流向涡模型能够很好地解释推移质运动强度及床面沙脊沙垄结构沿横向间隔分布的特征。推移质床面沙条带结构和大尺度流向涡结构相互耦合,形成稳定的时间平均尺度床面结构。     

床面泥沙的状态转移概率与质量交换率

本文首先根据床面泥沙状态转移的临界条件建立起不同状态转移概率的计算公式,进而对不同运动形式的床面泥沙之间的质量交换率进行了探讨,并导出相应的计算公式.作为质量交换率的初步应用实例,文章最后讨论了平衡输沙条件下的悬移质挟沙能力和推移质输沙率的计算方法。     

不同底坡的均匀沙起动条件

在讨论了床面均匀沙颗粒起动标准、起动概率及隐暴度的基础上，采用泥沙滚动平衡模式推导了不同底坡的均匀沙起动条件，并给出了起动切应力计算式中参数的取值。经验证，由起动切应力转化为起动流速的计算结果与试验实测值较为吻合。     

CONCENTRATION DISTRIBUTION OF SEDIMENT IN BED LOAD LAYER

In this paper the concentration profile in bed load layer is derived based on kinetic theory. According to observations, particles moving in near wall region behave differently during ejection and sweeping of turbulence burst, as indicates that they are subject to different influences from turbulence, and therefore, the forces acting on particles are not the same. Consequently, particles moving in bed load layer are classified into two groups, one lifted upward by ejections, the other carried back to bed by sweepings, and the forces corresponding to upward and downward motions are proposed. By solving the basic transport equation of kinetic theory, the velocity distribution functions, upward and downward fluxes of particles in bed load layer are derived. Upon assumption of equilibrium sediment transport, concentration profile in bed load layer is obtained. Verification is also presented in this paper, which shows that the concentration profile produced by the relation proposed in this paper agrees with observations well.     

斜坡上泥沙起动流速统一公式的建立

为了建立斜坡上泥沙起动流速的统一公式,基于概率论与力学相结合的方法,考虑了细颗粒泥沙之间的黏结力及附加下压力对泥沙起动的影响,引入起动概率与附加质量力,采用滑动起动模型,从理论上推导了该统一公式,包括近底作用流速和垂线平均流速。通过实测资料验证,该公式的计算结果与实测数据符合较好。与其他公式相比,该公式形式简单,计算精度较高,可以用来计算斜坡及平坡条件下黏性、非黏性泥沙的临界起动流速。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。     

昆明松华坝水源地水沙特征及变化趋势分析

径流与输沙变化是水源地健康的重要表征。利用昆明松华坝水源地中和水文站1961-2011年径流和1966-2011年输沙数据,运用集中度与集中期、R/S分析等方法,对松华坝水源地径流和输沙变化、年内分配及未来趋势变化进行了定量分析。结果表明:径流和输沙均呈下降趋势,2009-2011年连续干旱导致径流和输沙骤减;输沙年内分配集中度高于径流,径流和输沙年内分配集中度分别呈下降和上升趋势;径流和输沙分别出现26和24年的长周期,径流和输沙多年平均集中期分别出现在8月中旬和上旬,且均呈提前趋势;径流未来仍将延续下降趋势,但趋势性不强,输沙未来变化趋势具有不确定性;径流和输沙年内分配集中度仍将分别延续下降和上升的趋势,且输沙年内分配未来变化的趋势性更强。     

泥沙起动条件分析及推移质输沙率公式

基于床面均匀泥沙颗粒相对位置关系,确定了瞬时作用流速及有效作用高度,建立了平坡泥沙起动条件与床面泥沙暴露度的关系.从理论上分析得到,泥沙跃移起动要求水流条件最高,滚动起动及滑动起动取决于泥沙颗粒的暴露角,且暴露角 θ 不随拖曳力系数CD和上举力系数CL的变化而变化.当暴露角 θ 小于42.8°时,泥沙更易于滚动起动;当...     

STUDY ON THE ANGLE OF REPOSE OF NONUNIFORM SEDIMENT

A conception of exposure degree is used in this article to account for the hiding and exposure mechanism of nonuniform sediment transport. The force arms of particles on the bed slope are assumed to be a function of the exposure degree, which is stochastically related to the size and gradation of bed materials. Based on this conception, the formula for the angle of repose of nonuniform sediment is developed. The angle of repose of nonuniform sediment is experimentally investigated in rotation drum at the rolling motion of sediment particles. The nonuniform sediment is gotten from the mixture of two kinds of uniform sediment with different weight ratios and two experimental plans that one for changing the weight ratio of two kinds of uniform sediment from 1:9 to 9:1 and the other changing the uniform sediment size and weight ratio are used. The effect of the rotation speed and the filling degree on the angle of repose is investigated, too. Finally, the formula has been tested against a wide range of laboratory data, the prediction by the newly proposed formulas is very good.     

长江口全沙数学模型研究

在正交坐标系下，建立了能较好拟合长江口边界的平面二维潮流和全沙数学模型。应用１９９６年洪、枯两季大、中、小潮水文泥沙资料和１９９５年、１９９６年地形及８３１０和８６１５台风暴潮引起的南北槽淤积资料，对长江口的潮位、流速、流向、含沙量特别是南北槽的地形变化和航道回淤进行了验证，结果表明该全沙数学模型较好地复演了长江口流场、含沙量场和地形变化。     

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。