渤海湾西北湾顶泥沙运动特征及模拟

渤海湾西北湾顶处于粉沙质到淤泥质海岸过渡地带,泥沙运动复杂.根据三角架定点观测和水文测验资料,分析了不同水文条件下的含沙量变化特征,探讨了风浪掀沙模拟的关键处理方法.研究表明,研究海域泥沙运动与风浪关系密切,在小风天气下含沙量很小,六七级风以上天气条件下,且持续作用时,含沙量持续增大,较小风天气增幅达3～6倍左右;含沙量明显变化的临界波高约为0.5 m.从研究海域观测的底部边界层水流结构、剪切力等角度进行了波浪掀沙的水动力机制分析.基于泥沙扩散方程,提出了风浪条件下泥沙模拟的处理方法,包括含沙量层化效应、制约沉速、动床阻力、参考浓度等.与实测资料比较表明,提出的计算方法基本可模拟风浪过程引起的含沙量变化.该研究不仅为类似海域提供基本数据,而且给出了模拟计算关键问题的处理方法,具有重要的理论和实践意义.     

高精度复合减阻鲨鱼皮复制成形研究

在对鲨鱼皮表面微米沟槽形貌进行高精度复制的同时, 实现纳米长链减阻界面的接枝合成, 是合成生物复制成形工艺应用于生物复合减阻结构高精度复制的新尝试. 以预处理的鲨鱼皮为微复制模板, 利用软刻工艺中的软模成型技术制备硅橡胶质弹性阴模板; 以水性环氧树脂与聚丙烯酰胺的接枝共聚物为基材, 对弹性阴模板进行复型翻模, 成形出一种兼具纳米长链减阻界面与逼真微米沟槽形貌的复合减阻鲨鱼皮. 复制精度分析结果表明, 该工艺可以实现生物减阻表面复杂三维微形貌的高精度复制成形. 减阻性能测试结果表明, 复合减阻鲨鱼皮具有优异的复合减阻效应, 在测试速度范围内, 最高减阻率达到24.6%.     

太湖表层沉积物的空间分布与层序特征分析

利用StrataBox浅水剖面测深系统对大型浅水湖泊-太湖沉积物进行了高密度走航式探测,采用SonarWiz.Map声学软件包对测量矢量图谱进行了解译,并就解译结果与太湖沉积岩芯及北部湖区姚湾地层剖面进行了对比.结果显示,太湖水-土界面以下10m内沉积地层层序较清晰,湖相沉积物(地层U1)直接堆覆于黄土层(地层U2)上,接触界面年代不整合.湖相沉积物(淤泥及淤泥质黏土)主要呈带状分布于太湖西部沿岸,并延伸至东南部的西山岛及西北部湖区,其余湖区大面积出露致密坚硬的黄土层.整套湖相沉积物在太湖的沉积厚度主要集中于1~2m,而与现代环境密切相关的淤泥层厚度主要集中于0.03~1.0m,入湖河流泥沙输移以及湖流等水动力作用是影响湖相沉积物空间分布的主要因素.     

来水来沙对潼关高程的影响及变化规律

研究了来水来沙变化对潼关高程的影响和变化规律. 结果发现, 潼关高程的升降取决于库区水流能量的大小, 汛末潼关高程与考虑前期水流和运用条件的线性叠加水流能量之间具有较好的相关关系. 在入库水量变化小、坝前水位变化大时, 水位对库区冲淤和潼关高程变化起主要作用; 相反, 如果坝前水位变化不大, 而来水量变幅较大, 则潼关高程变化和库区的泥沙冲淤主要受入库水沙条件的影响.     

利用拦沙库治理黄河

黄河下游造成灾害的主要原因是中游黄土高原存在的粗粒泥沙。这些泥沙被水流挟带,输送到下游,使河槽严重淤积,抬高河底及洪水位,造成堤防漫决的危机。要解除这危机,惟有在中游干、支流上建成拦沙库。这对消灭泥沙来源的水土保持工作,可争取时间。本文简要介绍建设碛口拦沙库的方案。根据实测泥沙资料,并用电子计算机,算出拦沙库淤积过程。     

评《流域泥沙动力学模型》

泥沙的侵蚀、搬运、沉积是一个整体. 河流泥沙来源于流域泥沙, 流域环境决定着进入河流的水沙条件, 而水沙条件变化又进一步影响河床演变过程. 以前泥沙研究的重点集中在河流输沙与冲淤上, 而对流域面上的侵蚀产沙重视不够. 河流来水来沙条件是通过流域水土流失研究以及利用原型观测和经验方法得出的. 这方面的研究有较大的局限性, 至今还处于小流域的经验估算阶段. 因此, 加强流域泥沙研究, 从根本上揭示流域产流产沙与河床演变及江河治理的关系有重要意义. 钱宁院士最早开展流域来水来沙与河床演变关系的研究. 在20世纪70年代, 他通过观察黄河下游河床粗泥沙淤积现象, 认识到黄土高原粗泥沙来源对黄河下游河床淤积抬升起主要作用, 并初步划分了黄土高原多沙粗沙来源区的范围, 为黄土高原水土流失的治理指明了方向. 本人在黄河综合治理国家“八五”科技攻关项目中承担了“拦减粗泥沙对黄河下游河床演变影响”的课题, 对黄土高原自然地理条件、土壤侵蚀和输沙特性开展研究, 揭示了来水来沙减少对下游河床冲淤和演变的影响规律. 这些成果是基于对水文资料分析和河流水沙模型计算得出的, 但也需要从流域泥沙角度深入研究河流来水来沙与河床演变的响应关系...     

论挟沙明流中泥沙的有效悬浮功概念兼论区分造床质与非造床质的标准问题

一、挟沙明流中泥沙的有效悬浮功概念 图1所示,为一平衡挟沙明流。A点上单位体积内泥沙淹没重量为(γ_s—γ_w)·C,其中γ_s、γ_w——泥沙及清水的比重;C——含沙量(相对体积比)。从统计特性上分析,这些泥沙随水流下行,一秒钟后到达A′点(该点相应位置与A点一致)。     

潮流和波浪的挟沙能力

我国河口和海岸多为粉沙和淤泥所覆盖,在潮流和波浪共同作用下,泥沙极易悬浮和输移.因而对潮流和波浪共同作用下挟沙能力规律的研究,在学术上和应用上均具有重要意义.然而由于问题极为复杂,过去的研究,一般局限于经验分析,尚缺少理论上的阐述.在建立经验关系时,一般都将波浪轨迹质点速度与潮流速迭加值作为综合动力因子.由于此两种     

海滩地形遥感测量研究——以江苏省淤泥质海岸为例

海滩地形测量,特别是宽广平缓易陷的淤泥质海岸的海滩(亦称潮坪、潮滩——tidal flat),采用常规的陆地或水面测量方法相当困难。近二十年来,人们研究各种遥感测量技术试图圆满地解决这一测量学上的难题。本文以江苏省淤泥质海岸为例,介绍一种海滩地形的简易航     

大面积鲨鱼皮复制制备仿生减阻表面研究

对水下低阻动物坚硬表皮形貌进行直接复制以成形出比较接近生物原型的仿生减阻表面, 是生物复制成形工艺应用于仿生减阻表面研究的新尝试. 以鲨鱼皮为生物复制模板, 采用热压印法对其外端形貌进行了大面积微复制, 进而拼接制备出了仿鲨鱼减阻蒙皮. 平板样件水筒阻力试验结果表明, 采用生物复制成形工艺制备出的仿鲨鱼减阻表面具有明显的减阻效果, 在试验工况内, 最大减阻率达到8.25%.     

粗糙床面明流进口段边界层的发展过程

众所周知,水流进入明槽以后,开始形成边界层,逐渐发展,最后形成明槽均匀紊流,至此,流动要素不再沿程发展变化。以形成边界层的起点到明槽紊流为止,可称为进口段。明槽紊流的测验断面都需要在进口段以后,所以确定进口段长度对明槽施测断面的确定至关重要。在实际工程中,明槽水流所流经的固体边壁大都是粗糙的。因此,研究边界层的发展过程对揭示粗糙床面在流动调整过程中的作用是很必要的。     

宏观构筑基元表面柔顺性的调控与组装

宏观超分子组装的研究对象是表面修饰有大量超分子识别基团的10μm以上的宏观构筑基元,以及它们之间基于超分子多重相互作用的碰撞、识别和组装的过程,它是超分子化学的新兴研究方向,为体相超分子材料的制备提供了新的思路.宏观构筑基元的表面柔顺性是决定构筑基元间能否通过多重相互作用,增强相互作用,实现组装的关键要素之一.本文从界面间相互作用出发,通过交替层状自组装方法,在刚性聚二甲基硅氧烷(PDMS)构筑基元表面分别构筑不同层数的聚电解质多层膜,以调控宏观构筑基元的表面柔顺性,并研究聚电解质多层膜层数对于宏观构筑基元组装行为的影响.通过研究在水中叠加组装的时间与聚电解质多层膜层数的关系,我们发现当构筑基元表面修饰的聚电解质多层膜层数较少时,经过长时间叠加也不能发生组装;随着构筑基元表面修饰的聚电解质多层膜层数的增加,可以在较短的时间内叠加实现组装.同时对构筑基元之间的相互作用力随时间的变化进行了原位测量,其力值与上述组装行为一致.本工作验证了"具有高柔性表面是宏观超分子组装的设计原则",说明通过调控构筑基元表面柔顺性可以调控其宏观组装行为.     

新桥恋人

一那是一座被废弃的桥。桥是半个多世纪前的产物,黝黑的钢铁桥身横跨百余米,可见当年河水涨满河道时的盛况,虽然如今只能看见桥下淤泥中央的一条细细蜿蜒的水流。     

带挡板圆柱可压缩绕流的大涡模拟

采用大涡模拟方法数值研究了来流马赫数为0.75、雷诺数为2×105的带挡板圆柱可压缩绕流.由于带挡板圆柱绕流的被动控制,与圆柱相比,带挡板圆柱的阻力减小了33%,升力系数的振荡几乎被完全抑制.在此类流动中,由剪切效应引起的减阻大于可压缩效应的影响.通过分析挡板的被动控制机理,我们发现抑制剪切层的失稳可以提高柱体的背压,这与柱体减阻和升力系数振荡抑制密切相关.通过分析沿剪切层的对流马赫数和自激振荡现象,发现在可压缩效应和高频力效应共同作用下,带挡板圆柱的剪切层失稳得到了抑制.     

冬小麦叶水势-蒸腾速率关系的滞后效应

植物叶水势和蒸腾速率是判断和预测植物水分亏缺的2个常用生理指标.在稳态水流条件下,对其关系的研究人们已做过大量的工作,普遍接受的结论有二:一为线性关系,即系统内的水流阻力为一常数;二为非线性关系,即系统内的水流通量较小时,有较高的水流阻力,而当水流通量逐渐增大时,水流阻力趋于定值.然而,系统内的水流通量除受控于势梯度和水流阻力外,还受系统内的水容影响,是瞬态流而非稳态流.因此,在瞬态水流条件下研究植物叶水势与蒸腾速率的关系就更具有实用价值.为此,本文以冬小麦田间试验和生长箱内的模型试验为基础探讨了这一关系.结果发现在一定的有效土壤水势范围内,叶水势与蒸腾速率间存在滞后效应,并借助于非线性网络模型,对其形成的原因进行了分析.     

新桥恋人

“天空是白的,而云是黑的。” (一) 那是一座被废弃的桥。桥是半个多世纪前的产物,黝黑的钢铁桥身横跨百余米,可以想见当年河水涨满河道时的盛况,虽然如今只能看见桥下淤泥中央的一条细细蜿蜒的水流。     

长江中游河道床面冲淤及河岸崩退数学模型研究及其应用

三峡工程运用后,长江中游河段持续冲刷,局部河段崩岸现象较为突出,尤其在荆江河段.崩岸不仅影响局部河段河势的稳定,同时还影响两岸防洪及航运安全.本研究通过耦合一维水沙动力学模块、潜水位变化模块以及二元结构河岸稳定性分析模块,建立了模拟坝下游冲积河道床面冲淤及河岸崩退的一维耦合数学模型.采用该模型分别计算了不同年份长江中游荆江段的河床变形过程,对模型进行较为详细地率定和验证.计算结果表明:该模型能较好地反演研究河段内的水沙输移过程,并能模拟出主要崩岸发生区域及崩岸宽度;崩岸主要受近岸水流冲刷作用控制,但河岸土体内潜水位变化对上荆江河段崩岸的影响也较为显著;在下荆江河段,超过50%的河岸在洪峰期发生绕轴崩塌现象.此外,还分析了河段出口水位及河岸土体特性参数变化对崩岸计算结果的影响,这些参数的敏感性测试结果表明:当出口断面水位由于洞庭湖入汇而上升时,河段水面纵比降及平均流速减小,导致研究河段内崩岸宽度会有所降低;土体起动切应力的减小对河岸崩塌的影响最为显著,尤其在下荆江河段.     

Bingham流体阵性流动立面二维计算及分析:阵流速度、形态和床面阻力

通过立面二维计算,研究了Bingham流体阵性流动向充分发展状态过渡的过程,在较宽的参数范围内给出了充分发展状态下的无量纲阵流速度U*,以及它对倾角v,无量纲径流量Q*和黏度μ₀*的依赖关系.对一个典型算例,显示了阵性流的波动特征和充分发展状态阵性流所具有的急流形态,分析了重力和床面阻力的沿程分布,以及流场的速度分布.     

澜沧江干流水电开发的下游泥沙响应

澜沧江梯级开发对下游河道泥沙过程的跨境生态效应,是该国际河流跨境水资源开发及其环境效应研究中的关键问题之一．文中利用澜沧江和下湄公河上下游两个紧邻的干流水文控制站允景洪水文站和清盛水文站1987-2003年实测泥沙序列,进行含沙量月序列过程线对比以及年序列相关回归分析、因果关系检验研究．结果表明:同位于大坝下游的两站虽均受已建水库调节流量的影响,但两站的来沙响应趋势不一致,年序列线性回归拟合程度不高;时间序列Granger因果关系分析也表明了,两站泥沙除了上游的允景洪最大悬移质泥沙含量变化是下游清盛最大悬移质泥沙含量变化的原因以外,年平均、年月平均最小泥沙过程无明显因果关系．这些方面的发现,对进一步研究澜沧江电站建设对下游泥沙变化以及跨境影响的科学评价提供了新的证据．     

波流作用下底泥输移的非线性粘弹性体模型

河口海岸环境中的淤泥在风浪、潮流作用下的输移 ,对港口航道淤积和污染物扩散有重要影响 .通过研究淤泥的流变特性 ,提出了非线性粘弹性模型 ,建立了波流共同作用下底泥输移计算的理论方法 ,并考虑了波浪不规则特征的影响 ,其计算结果与水槽实验结果大致吻合