黄河下游滩区含植物水流运动及阻力试验研究

含植物水流运动规律是研究黄河下游滩区防洪的重要内容。通过开展水槽试验，测量不同水深、比降、含沙量条件下的流速分布，研究了黄河下游滩区代表性植物作用下的水流动力特性及阻力变化规律。研究结果表明，植物在非淹没情况下，纵向流速随相对水深增加，表现为先增后减；在淹没情况下，纵向流速沿垂向呈三区“S”形分布特性；相对紊动强度的沿垂线分布特点与纵向流速基本一致，但含沙量越大，水流纵向紊动强度越小。在相同比降条件下，植被糙率随佛汝德数的增加而减小；而佛汝德数一定时，植被糙率与比降成正比；相同比降条件下的植被糙率随含沙量的增加而减小。     

不同床面下极细沙水流对糙率影响的试验研究

利用天然黄河极细沙进行了不同床面、不同流量、不同含沙量情况下极细沙水流对糙率影响的水槽试验.结果表明:光滑水泥床面以及在光滑水泥床面上加糙的床面,均有减阻现象但不明显;在粗糙床面上,糙率系数随含沙量的增大而减小,但当含沙量为60～100 kg/m3时,糙率变化比较平缓,超过100 kg/m3时,糙率随含沙量的增加而减小;对于不同级配的悬沙,当含沙量超过某一临界含沙量时,糙率随含沙量的增大而减小,且细颗粒含量越大,减阻现象越明显.     

韩墩引黄灌区总干渠糙率实测成果浅析

以韩墩引黄灌区总干渠实测糙率资料为基础，分析了糙度与流量及含沙量的关系。分析结果表明：糙度随流量的增大而减小，与含沙量没有明显的关系。渠道的尺寸取决于过渠的最大流量，而在大流量情况下，糙度较小，这是在选择设计糙率时应特别注意的。通过验证，韩墩总干渠的设计糙率较实际值偏大。     

挟沙水流综合糙率系数的影响因素及计算方法

在现有研究成果的基础上,通过分析大量实测资料,发现挟沙水流综合糙率系数的影响因素主要有床沙组成、含沙量及弗劳德数,而糙率系数与流量、水位的相关关系较差。以含沙量、床沙中值粒径和弗劳德数为输入因子、以糙率系数为输出因子建立了BP网络模型和根据弗劳德数计算综合糙率系数的拟合公式,以及黄河上应用较多的赵连军、张红武公式,均是目前较理想的计算挟沙水流综合糙率系数的方法。     

人工渠道糙率系数影响因素的试验研究

通过物理模型试验资料分析,探讨了矩形渠道的糙率与渠道水深、弗汝德数的变化规律。分析得出:当底坡不变时,随着弗汝德数Fr的增大,糙率n值逐渐减小。在缓流渠道中,渠道糙率n随弗汝德数Fr变化的速率很快;在急流渠道中,渠道糙率n值随弗汝德数Fr的速率较慢。糙率系数n随水深h的变化关系与流态有关。缓流中,随着水深h的增大,糙率n值减小;急流中,当弗汝德数11.51时,糙率系数n随水深h的增大而增大。     

汕头湾悬移质石英含量与含沙量的关系及显损含沙量年出现率推算

根据广东汕头湾泥沙实测资料的分析，石英百分含量随含沙量增大而减小，绝对含量却随含沙量增大而增加，并与含沙量有很好的相关关系，原因是随着含沙量的增大，细颗粒泥沙的含量增加较快，其使悬沙的平均粒径减小，而粗颗粒泥沙的百分含量变化正好相反。通过建立石英含量与含沙量和水位上涨率(或下降率)与含沙量之间的相关关系式，本文就汕头湾显损含沙量的年出现率及含沙量和石英含量的特征值进行了推算。     

冲积河流糙率由来与计算方法研究

为在水力学及河流学科教学与研究中减少误解,本文在系统回顾了前人明渠流速计算公式研究成就的艰辛过程中,指出教科书与文献存在的误解;并在述评糙率公式优缺点后,指出了现有方法存在的问题。认为在曼宁水流阻力公式是纯经验公式和糙率测验精度实难保证的状况下,且今后相当长时期内人们尚难科学描述沙波兴衰机理及沙粒沙波阻力转换关系,给出糙率理论公式很不现实;建立实用性公式需抓住Fr这个同其他判别沙波运动状态的参数有关联性与可替代性的首要参数;构建出可适应模型试验反映的"n随Fr增大而减小,Fr很小时n会较大"变化趋势的公式形式后,根据冲积河流"糙率最大值一般为糙率较小值的10倍"的实际情况与"Fr=0.5时糙率接近动平床糙率"的动床模型试验结果,确定待定系数与参考糙率,建立了糙率简便公式(21)。为提高公式精度和适用范围,以沙粒阻力因子反映沙粒肤面阻力作用,遂给出体现沙粒肤面摩擦影响的动床糙率公式(22),并通过引入浑水卡门常数适当考虑含沙量对水流能耗的影响,进一步给出了考虑床面沙粒与含沙量共同影响的糙率计算公式(23)。大量冲积河流实测资料系统验证表明,本文建立的糙率公式明显比现有公式更符合实际。     

土石坝工程台阶式消浪护坡技术研究

采用数值模拟方法计算土石坝工程台阶式护坡的波浪爬高,分析了台阶式护坡的结构参数、大坝上游坝坡坡度系数、波浪特性参数对台阶式护坡波浪爬高的影响。得出结论:台阶式护坡相比于光面混凝土护坡,平均波浪爬高可减少40%～50%;同一入射波下,坡度系数m相同时,平均波浪爬高及糙率及渗透性系数K△随相对台阶高度h/H的增加先减小后增加再减小;同一入射波下,相对台阶高度h/H相同时,平均波浪爬高随坡度系数m的增加总体呈减小趋势;糙率及渗透性系数K△随坡度系数m的增加呈波动状态。根据计算结果,总结土石坝工程常用坡度系数选用的台阶式护坡结构参数及计算参数。     

南水北调中线干渠闸门同步关闭水力响应特性

构建南水北调中线干渠局部一维非恒定渐变流模型，以“刁河闸—湍河闸”渠池为例，测试闸门调控方式和 渠道运行条件对闸前壅水峰值水位、达到峰值水位所用时间、水力振荡频率、水力振荡幅度等水力响应特性的影 响。研究表明：水力振荡上升过程快，下降过程慢，波幅随时间呈对数函数衰减；闸前壅水峰值水位随闸门关闭速 度、闸门关闭幅度、输水流量、运行水位、渠道糙率的减小而近似线性地减小；达到峰值水位所用时间对输水流量、 运行水位和糙率变化不敏感，随闸门关闭幅度和输水流量的增加而近似线性减小；水力振荡频率对闸门关闭所用 时间、闸门关闭幅度、输水流量和糙率变化不敏感；水力振荡幅度对运行水位、糙率变化不敏感，随输水流量的增 大而快速衰减。     

植草型生态护岸水力特性试验研究

为研究不同水流条件下植草型生态护岸上的植被表面曼宁糙率系数和Darcy-Weisbach阻力系数的变化规律,在室内大流速水槽内模拟河道径流对草皮护坡进行了冲刷模型试验。试验结果显示:(1)试验所选用的狗芽根(Cynodon dactylon)及高羊茅(Festuca arundinacea)的曼宁糙率值在0.025～0.090范围内;(2)植被表面曼宁糙率系数随流速的增大而减小,当流速超过4 m/s时,糙率值稳定在0.025～0.035之间,在某一稳定流量下,植被表面曼宁糙率值首先随冲刷历时的增加而递减,而后逐渐趋于稳定,并在护坡破坏时发生突增;(3)Darcy-Weisbach阻力系数不仅与植被的种类及生长状况有关,而且和植被的平均瞬时弯曲高度与水力半径的比值有关,随着水流流速及历时的增加阻力系数也随之减小。     

非均匀沙床面粗糙度的分形特征

本文在分析非均匀沙床面颗粒随机分布特性的基础上，对床面颗粒暴露度函数关系进行了分析，通过简化颗粒的排列方式，利用分形理论研究了初始及粗化床面糙度的分形特征，结合实验资料讨论了床面糙率n与糙度分维数D的关系，并与床面糙率n和代表粒径(d50、d90)的关系进行了比较，初步认为对于初始床面分维数与床面糙率具有更好的相关关系，而粗化床面两者代表性基本一致，为更好地研究床面糙率、泥沙起动及其输沙过程提出了一种新的研究方法。     

粗糙度对坡面侵蚀及泥沙分选性影响试验研究

为进一步揭示土壤侵蚀的内在规律,以某一试验小区为例,通过模拟不同地表粗糙度,分析了不同雨强条件下的坡面侵蚀产沙及泥沙颗粒粒径变化特征。结果表明:相同雨强和降雨历时下,粗糙度对坡面径流率、水流功率、径流含沙量和产沙率有显著影响;侵蚀泥沙的搬运形式与雨强和粗糙度均有关,而不同泥沙颗粒搬运方式是引起不同粗糙度坡面侵蚀产沙分异的重要原因。因此,坡面侵蚀产沙模型中应综合考虑地表粗糙度和泥沙粒径信息。研究成果可为水土保持规划设计和水土保持措施优化配置提供一定依据。     

湍流中泥沙垂线分布的力学解释

作者从泥沙垂向动量交换出发，分析了泥沙在紊流中由于湍流脉动产生的升力效应，并综合考察了非湍流脉动原因存在的升力以及在不同浓度下含沙水流中泥沙受到的有效重力，得到了基于力学角度的泥沙浓度垂线分布的关系式。在此基础上，通过对床面粗糙度、泥沙粒径和含沙量等影响泥沙浓度垂线分布有关因素的分析，探讨了挟沙水流中两种不同浓度分布类型产生以及转化的原因，并结合具体的试验资料对泥沙浓度垂线分布形态时行了计算和验证，取得了较好的结果。     

百色水利枢纽推移质泥沙计算方法探讨

为了解泥沙淤积对航运码头的影响，对百色水利枢纽推移质输沙量进行了计算，重点探讨了输潲量公式中最大粒径、比降、糙率等参数的确定及基本输沙率的计算。     

黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960—2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。     

坡面侵蚀中径流含沙量测量方法研究与展望

土壤侵蚀中的径流含沙量是衡量坡地水土流失的重要参数之一，只有合理测量坡地径流中的含沙量才能为水土保持提供有利的依据，同时为验证土壤侵蚀预报模型提供基本参数。本文从测量原理出发，对含沙量各种测量方法的适用环境、测量精度及其局限性进行了比较全面的分析，重点研究了坡面径流含沙量的测量方法。研究结果表明目前测量含沙量的方法在坡面侵蚀动态水流含沙量的测量中存在只能静态测量的问题。目前电解质脉冲法在测量坡面薄层水流流速中做出了有益的探索，研究发现水流速度、泥沙的弥散系数与含沙量之间存在着相关关系，用此方法测量含沙量将有可能实现含沙量的动态测量。     

Effect of bed roughness on grain-size distribution in an open channel flow

Grain-size distributions of suspended load were studied in a laboratory flume over five sediment beds having different values of bed roughness at three different flow velocities. The experiments had been performed to investigate the influence of bed roughness, flow velocity and suspension height on the grain-size distribution in suspension. This study focuses on the determination of the proportionality parameter β_n in suspension which is the ratio of sediment diffusion coefficient to the momentum diffusion coefficient of the nth grain-size class. An empirical equation for β_n has been proposed which is valid for a wide range of normalizing settling velocity of sediment particles and bed roughness. Also, the bed roughness effect is studied on the parameter β for total concentration in suspension and on the reference concentration, which is very important in suspension studies. The Rouse equation with modified β_n and β was surveyed to know the grain-size distribution and total concentration in suspension that agreed well when compared with the experimental data.     

输水管道含沙水锤模型及特性研究

水锤现象的准确描述对于长距离供水工程安全稳定运行有着至关重要的影响,但传统的水锤模型缺乏对于输水管道含沙水锤的深入探讨与分析。本文基于费祥俊阻力模型定义了管路当量摩阻,借鉴韩文亮浆体水锤波速公式推导了非均质流含沙水锤特征线方程,采用特征线法计算得到了不同泥沙颗粒参数下RPV系统的关阀水锤压力,并与清水水锤计算压力对比。结果表明：清水水锤数值计算瞬态压力与实验数据较为吻合;含沙水锤压力增量与含沙量呈正相关而与颗粒直径无关,含沙量100 kg/m³时最大水锤压力为77.91 m,较清水计算结果高出7.71%;由当量摩阻换算得到的管路糙率与含沙量和颗粒直径呈正相关,与初始流速呈负相关。相关研究成果为高含沙流域长距离供水工程安全运行与水锤防护提供了参考。     

典型引黄灌区泥沙运动及泥沙淤积成因

目前，黄河下游引黄灌区的主要问题是渠道泥沙淤积，本文在典型灌区（簸簧李和位山）大量实测水沙资料的基础上，分析了引黄灌区泥沙的起动、含沙量分布和挟沙能力；渠道的糙率、比降、断面形状、来沙组成和引水流量是影响引黄渠道兵沙能力的主要因素；最后灌区的实际情况，分析了引黄灌区泥沙淤积的具体成因。本文对如何减少引黄灌区渠道泥沙淤积和分散处理泥沙具有一定的参考价值。