基于最小可用能耗率原理的河流水沙数学模型

本文把河流视为具有能量紊动黏性热耗散结构的开放系统，根据耗散结构的熵和能耗理论，提出了保持冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式。该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性，在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理——自动调整作用原理。应用该原理的公式封闭河床演变方程组，建立了冲积河流河道输水输沙优化的数学模型，根据该模型的计算结果分析了黄河下游河道输水输沙的规律，并解释了河床演变的各种现象。应用该模型计算了黄河下游各河段输水输沙优化的临界指标，并提出了有利于改善小浪底水库调水调沙运用的建议，为小浪底水库调水调沙提供参考。     

河流洪水流场中的能量分布

本文用流体力学的动能方程解释了主槽内能量损失的物理原因。描述了滩槽间动量交换的物理图形。运用实验资料对比滩槽间水流动量交换和能量耗散的数量关系，论述了河流洪水漫滩以后，主槽过水能力降低，滩地过水能力增加的主要原因是流场中能量分布不均匀性引起的，动量传递不占主导地位，用实验资料验证了河流洪水能量耗散理论模型。     

河流最小可用能耗率原理和统计熵理论研究

河流是一个具有能量紊动粘性热耗散结构的开放系统 ,依照热力学熵差和统计熵定义了河流水力熵差和统计熵 ,根据耗散结构动平衡稳定的熵和能耗理论 ,建立明渠流和冲积河流的水力熵和统计熵理论 ,提出了明渠流和冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式 ,该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性 ,不仅在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理———自动调整作用原理 ,而且还反映了床沙质和冲泻质的划分标准、高含沙水流和挟沙力等特性 ,并用该理论解释了冲积河流水沙运动和河床演变的各种现象。     

冲积河流河床综合稳定性指标研究

根据河床演变理论，利用已有的基本公式，导出了冲积河流河床绝对稳定应满足的水沙床无量纲数（量）条件，由此建立了由水沙床因素构成的实用冲积河流稳定程度函数公式。基于该公式建立了冲积河流河床综合稳定性指标以及对应的河型判别准则，然后利用黄河下游11年资料和渭河部分资料进行了初步验证。计算表明，建立的冲积河流河床综合稳定性指标以及对应的河型判别准则是合理和有效的，可以利用该判别方法预测大型河流因水沙条件改变而导致的河型变化趋势。     

动床阻力的研究进展及发展趋势

冲积河流的动床阻力问题，是河流动力学的基本研究课题之一。为此国内外众多学者进行了广泛的研究，提出了各种各样的阻力计算方法，本文总结了一个世纪特别是近五十年来冲积河流阻力问题的有关成果，指出了其中存在的不足，并对未来的发展趋势进行了讨论。     

基于宏观系统的冲积河流自动调整研究评述

冲积河流自动调整作用体现了河流的自适应特征,是河床演变最基本的规律,这一规律在微观上表现为输沙量与挟沙力的相互趋近,宏观上则显示河道朝一定的平衡形态或水力几何形态发展。传统的牛顿力学方法并不能完全给出河流调整过程的理论解,从宏观河流系统角度出发的研究方法不失为一种有效的解决途径。本文选取热力学中的熵与极值假设、最小作用量原理、速率定律和突变理论为基于宏观系统研究的典型代表,对这些研究方法的概念和应用进行介绍和阐述,从多种角度出发探讨河流自动调整过程中水流能量的分配、输沙效率、系统的调整路径和变化速率等特点。     

基于协调发展度的冲积河流的河型判别式

借鉴社会与经济或环境与经济的协调发展理念,利用长江、黄河等12个河段的实测资料,研究了河型的影响因子对河型的影响权重,建立了河流系统的协调发展度判别式,用来判断冲积河流的河型.研究认为:河流边界条件对河型的影响大于来水来沙条件;弯曲河流的协调发展度大于游荡河流和过渡河流.根据协调发展度大的河流比协调发展度小的河流稳定有序,可以为冲积河流的河型分类与判别提供有力的理论依据和具体的计算方法.     

河流健康评价方法及指标体系研究进展

河流与众多生物物种通过食物链、物质循环、能量流动及水文循环密切交织,构成相互耦合的生命支撑系统,发挥着巨大的生态效益和社会效益。近年来,随着人类对水资源的过度开发,导致河流生态系统受到不同程度的受损甚至退化,因此恢复和维持健康的河流生态系统成为了公认的河流管理目标。在广泛查阅国内外相关文献资料的基础上,对比归纳了河流健康评价的主要方法、适用的范围及存在的问题,系统总结了指标体系构建、指标权重分配的特征和规律,指出河流健康评价的发展趋势,并从水文水资源、物理结构、水质、水生生物、社会服务功能等5方面进行重点阐述,提出河流修复和管理建议,以期为我国河流生态环境改善提供参考。     

基于耗散结构理论和信息熵的河流系统水质演化模型的研究

根据耗散结构原理,文章对河流系统耗散结构进行了识别,并将模糊理论和信息熵结合起来,建立了基于信息熵的河流系统水质演化模型,发展了水资源系统复杂性分析方法.将此方法运用于广东省东江惠州段水质系统演化规律的研究中,得到了比较满意的结果.     

论顺直河流

通过系统地总结顺直河流形成和转化的理论和假说，结合水槽实验和古代沉积记录的分析，对顺直河流的定义、平面形态、交错边滩的形成进行了讨论，得出了顺直河流是冲积河流在一定条件下或在一定发展过程中暂时存在的形态的结论。     

河流动力学极值原理与熵理论研究综述

通过总结分析河流极值原理和熵理论的发展历史,得出结论：阻碍河流变分理论研究与应用的主要问题是是否将河流系统作为开放系统和目标函数的约束条件意见上的分歧,说明了必须把河流系统当作开放系统来研究,而不同的约束条件则对应不同的极值理论（最大能耗或最小能耗原理）,两种极值理论之间并不矛盾。重点分析了20世纪90年代以来的河流极值原理最新研究成果,指出进一步的极值理论研究应该着重考虑泥沙参与河床塑造的作用机理,由该理论推导出的河流演变公式中的各项都要具有明确的物理意义。     

弯道水流的能量耗散规律及其应用

天然河湾的弯曲平面形态和离心力作用,引起弯道的水流能量重新分配和耗散规律发生变化。基于弯道水流能量平衡方程,总结了弯道水流的能量耗散主要原因,推导了弯道水流的横向与纵向能量耗散率的表达式,并采用弯道水槽实验数据验证和率定表达式的参数。运用弯道水流能量耗散规律,本文初步解释了三峡水库建成蓄水后,下泄清水将使得荆江河湾的水流能量横向耗散增强,凹岸区域严重冲刷,凸岸区域显著淤积,单个河湾的弯曲度将变大。     

水量调度对平原河网能量影响分析

平原河网水动力条件相对较差,水质问题较为突出,为改善平原河网地区水环境状况,选取江苏省无锡市滨湖河网2018年洪季和枯季19个断面水文水质监测数据,基于MIKE21滨湖河网水动力-水质模型及Python能量计算模型,探究能量耗散规律以及能量、水质间的关系,并确定最佳调水流量区间。结果表明：滨湖河网水质浓度与河流能量显著负相关;一定调水流量的增加使得河流总能量随之上升,能量到达阈值后,随调水流量的上升,河流总能量呈降低趋势;在能量目标层面上优选引调水方案,能有效协调引调水过程中存在的异质性因素,确定逐日最佳调水流量区间及河网总能量最佳区间,提供流量优化调控方案,保障平原河网水动力与水环境条件。     

岗曲河二级水电站消能防冲试验研究

通过模型试验,对岗曲河二级水电站泄洪消能方式、消能工体形和下游护岸措施进行了研究。在此基础上,提出了一种新的联合消能防冲体系(推荐方案),即闸后跌坎+齿坎消力池+钢筋笼防护。试验研究表明,这种新的消能防冲体系泄洪流态良好,消能效果理想,下游护岸安全稳定,成功地解决了该工程的消能防冲问题。     

流体最小熵产生原理与最小能耗率原理(Ⅱ)

本文是“流体最小熵产生原理与最小能耗率原理”的第Ⅱ篇。在这篇中，一是阐明了最小熵产生原理等价于最小能耗率原理；二是基于最小熵产生原理，利用流体力学的3个基本方程，即连续方程、运动方程和能量方程以及热力学的吉布斯公式，推导出了流体最小能耗率原理数学表达式。该式适用于：(1)具有稳定边界的任何开放的流体系统，如河流；(2)恒定非均匀流或均匀流；(3)层流或紊流。     

分形理论在河型研究中的应用探讨

简述了当前河型研究现状、分形理论的特点方法及其目前在天然河道的应用现状,并结合分形理论对基于最小能耗率的河流演变理论进行探讨,研究了一定水沙条件下,河流能耗的分形理论表示公式,扩展了河道几何边界条件对于能量损耗的表述方法,推导了河型判别的分维数公式,并提出了目前的不足与进一步研究的方向。     

南水北调引江济汉取水口区河工模型试验研究

通过南水北调引江济汉工程取水口河段河演分析和引水渠进口段河工模型试验,重点研究了三峡工程蓄水运用后取水口河段河道演变规律,引水渠流速流态、进水闸消力池消能情况和沉沙池、沉螺池工程效果等。研究表明:三峡运行初期,取水口河段河势变化不大,对取水工程有利,其研究成果可供工程设计单位采用或参考。     

恰甫其海水利枢纽工程泄洪消能系统研究

根据恰甫綦第水利枢纽工程的泄洪特点，通过水工整体模型试验研究，推荐了一种比较符合该工程实际的泄洪消能系统方案。该泄洪消能系统大大减轻了下泄水流对河床基岩的冲刷作用，满足了该工程的泄洪消能任务，泄洪消能系统方案。该泄洪消能系统大大减轻了下泄水流对河床基岩的冲刷作用，满足了该工程的泄洪消能任务。