石灰岩小流域坡面不同治理措施降雨径流泥沙关系研究

本文以具有典型石灰岩山区特征蒲洼小流域坡面不同治理措施流场为研究对象，通过对所得数据进行数学分析，建立了各种治理措施的径流量与降雨量，降雨历时之间的数学模型，确定了么流量和泥沙量的关系，并对模型进行了适应性检验及线性拟合分析，分析结果表明，模型的相关系数在０．９２－０．９８之间，预测值与观察之间的残差在０．０４１－０．１１３之间，其拟合关系比较好，故相关方程可以 作为实验地区小流域的降雨产流模型，     

泥沙起动概率与起动流速

根据概率理论，得到床面上泥沙瞬时起动力矩的概率分布为正态分布，建立了单颗泥沙起动概率与床面上处于起动临界条件的颗粒百分数之间的关系式，得到计入起动概率因素的泥沙起动流速计算式。     

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。     

渗流作用下岸坡泥沙起动流速研究

渗流和冲刷作用是河流岸坡发生崩岸的重要因素。基于概率论与泥沙运动基本原理,引入起动概率及相对暴露度,采用滑动起动模型,推导了渗流作用下岸坡泥沙起动流速的统一公式,弥补了已有研究成果缺乏对泥沙起动概率和渗流力考虑的不足。在简化的起动边界条件下,所得公式可以简化为顺直岸坡、正负坡以及平坡等条件下的起动流速公式。经过有渗流力及无渗流力两种起动条件下的实测资料验证,表明所得公式计算结果与实测数据符合良好。相关结果有助于深入理解泥沙起动及河道岸坡崩岸机理。     

弯道岸坡上粗细泥沙统一起动流速公式

该文基于概率论与泥沙起动基本理论,考虑了起动概率、相对暴露度与细颗粒泥沙间黏结力和附加下压力对泥沙起动的影响,采用滑动起动模型,从理论上推导出了适用于弯道岸坡上粗、细泥沙颗粒起动的统一流速公式,完善了已有研究成果对泥沙起动概率考虑的不足。公式综合了弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡等条件下粗细泥沙颗粒起动流速计算,可简化为各简单条件下泥沙起动流速公式。通过各简单条件下泥沙起动流速实测资料验证,该文公式与实测数据符合良好。     

坡面径流阻力计算模式对比研究

坡面流是污染物迁移、土壤侵蚀、泥沙输移的主要动力因素,阻力系数是影响坡面流模拟的重要参数。为比较三种阻力计算模式(阻力系数为常数、以淹没度为变量的Lawrence模型和阻力分割模型)在裸坡、砾石覆盖坡面、植被覆盖坡面三种常见坡面上的适用程度,本文建立了坡面降雨径流模型,对不同类型坡面的产流进行了模拟。坡面径流模型采用扩散波模型,坡面降雨入渗模型采用考虑坡度影响的Green-Ampt模型,当存在植被时,考虑冠层降雨截留损失。结果表明:在裸坡上,三种阻力计算模式均适用;而在有砾石覆盖和植被覆盖的坡面上,考虑阻力系数时空变化的阻力分割模型模拟精度最高。阻力系数对坡面径流流量的影响在坡面汇流的涨水与退水阶段较大,而在稳定阶段很小。对有植被覆盖坡面,降雨强度存在阈值,大于阈值时,不同阻力模式对坡面流模拟结果影响甚微;反之,需选择合适的阻力计算模式,且坡长越长,坡度越缓,降雨强度阈值越大。     

点源渗流作用下泥沙起动试验研究

通过自行设计试验装置,完成不同粒径原型沙在不同渗透力下的泥沙起动流速试验.结果表明:随着渗透力的增大,起动流速有下降趋势;在相同的渗透力下,粒径越大,泥沙起动流速下降的绝对值幅度越大;其原理是渗透力使泥沙颗粒产生部分失重,导致泥沙的等效密度下降,最终使泥沙起动流速下降.为渗透力起动泥沙在水流拖曳力作用下高效输送泥沙提供...     

沙波迎流面泥沙起动流速研究

利用概化沙波模型,研究了不同坡度、粒径及位置情况下的泥沙起动流速,根据实测数据指出沙波泥沙起动流速特征,并分析比较了与平坡起动的差别。通过对泥沙颗粒的受力分析,提出水流冲击力,并利用沙波垂线流速分布公式进行流速换算,建立了沙波泥沙起动流速计算公式。结果表明:在相同水流条件下,因沙波地形影响,迎流面泥沙起动流速值小于平坡;沙波不同位置处的泥沙起动流速非定值,随着水平位置而变化;坡度和粒径对再附点附近泥沙起动流速影响较小。通过验证比较表明,公式计算结果与实测资料基本一致,适用于描述沙波迎流面泥沙起动规律,可反映出沙波坡度和水平位置的影响。     

均匀沙起动流速研究

从均匀沙起动的特点出发，阐述了其运动机理，分析泥沙颗粒受力时，除考虑拖曳力，上举力和下水重力外，还应考虑由于颗粒相对暴露度而产生的附加质量力。验算表明，提出的附加质量力的概念及其表达式是合理的。采用滚动起动模式，通过对附加质量力的要领有主表达式和相对暴露度参数的引入，推得了均匀沙起动公式，并用实测资料进行了验证，同其它学者们的公式相比较为合理，该系数包含了其它公式。同时还得到了包括粘性沙在内的均匀的起动流速公式，说明本公式基本能反映均匀沙的起动特性。     

河湾岸坡泥沙起动流速研究

通过对河湾岸坡上泥沙颗粒的受力分析,建立了相关的泥沙起动模式,从理论上推导出了对应的起动流速公式。与顺直河床的泥沙起动公式的比较表明,沙莫夫公式只是本文公式的特例。在概化的河湾岸坡水力学模型上,系统研究了不同弯道半径、水深、流量及岸坡坡度情况下泥沙的起动流速。通过验证比较表明,用本文所给公式计算的河湾岸坡泥沙起动流速与试验实测资料和前人的研究成果基本一致。     

多场次降雨条件下覆沙坡面的径流产沙特性试验研究

基于可控坡面进行多场次降雨试验,对覆沙坡面的产流产沙特性进行研究,以期为揭示黄土高原风蚀水蚀交错区风水复合侵蚀机理研究提供科学依据。结果表明:覆沙坡面的初始产流时间远大于裸坡,相对延迟了5.3~11.2倍,多场次降雨条件下,产流时间显著提前。首场降雨下,覆沙厚度为1cm,当雨强由1mm/min增加到1.5mm/min,覆沙坡面径流量、产沙量分别增加了0.87倍、0.85倍;雨强为1.5mm/min时,当覆沙厚度由0.5cm增加到1cm,首场降雨的径流量、产沙量分别减小了9.6%、12%。相对于裸坡,覆沙坡面产沙量较大,产沙过程较剧烈,首场降雨产沙量占总产沙量的70%以上,是裸坡的8.9~10.8倍,但在多场次降雨条件下,产沙量显著减小,并趋于稳定。研究结果表明坡面覆沙在一定程度上加剧了土壤侵蚀,可为揭示风蚀沉积物对水蚀过程的作用机理研究提供参考。     

模拟降雨条件下工程堆积体产流产沙特征研究

试验选取江西红壤为研究对象,设计四种降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5mm/min)与四种砾石含量百分数(0%、10%、20%、30%)相组合,在室内通过降雨试验对坡顶平台有车碾压堆积体在降雨过程中的流速、径流含沙量和侵蚀速率的变化规律进行了研究。结果表明:堆积体坡面径流流速在整个降雨过程中大体上处于稳定波动状态,是降雨强度和砾石含量共同作用的结果,并得到了流速与降雨强度和砾石含量的关系式;径流含沙量随时间变化曲线可被描述为先增大—再小幅度减小—再稳定—再急剧减小—最后小幅度上升的趋势,同时分析得到了坡顶平台有车碾压堆积体出现二次侵蚀的临界时间为降雨后48min左右;侵蚀速率随着降雨强度和砾石含量的增大均会增大,拟合了侵蚀速率与降雨强度和砾石含量的关系式。     

泥沙起动流速研究

从泥沙起动的特点出发，将瞬时作用流速、起动标准、泥沙颗粒在床面的相对暴露度及附加质量力等影响因素同时引入到推移质泥沙起动中，使分析泥沙起动时考虑的因素更加全面。采用经典力学与统计理论相结合的方法，得到了泥沙起动无量刚切应力公式。并对公式中的系数进行了数值计算。结果表明，该系数并非为一个常数，而是在一定的范围内，且随床面上颗粒的相对暴露度而变。同时，还得到了概括散粒体和粘性细颗粒泥沙的统一的均匀沙起动流速公式的上、下限。说明其系数也是在一个区间取值。 关键词：泥沙；临界切应力；起动流速     

坡地自然降雨入渗产流的数值模拟

从动量定理和水量平衡原理出发,推导出自然降雨条件(即同时考虑变雨强、降雨动量和风影响下的坡地径流过程)下的坡地径流基本方程。在考虑一般问题定解条件的基础上,采用Preissmann隐式格式对模型进行数值求解。利用在江西省水土保持生态科技园内的10组实测资料对模型进行了验证,其计算值与实测值的相对误差不超过±11％;说明模型的计算结果是可靠的,提出的自然降雨条件下坡地径流模型是可行的。     

河湾坡岸非均匀沙起动流速公式探讨

针对河湾水流的特性,考虑了相对暴露度引起的附加质量力的影响,引入了等效粒径的概念,采用滑动平衡模式建立了河湾坡岸无黏性非均匀沙起动流速公式,通过试验资料对公式的合理性进行了验证,结果较为理想。     

塑料模型沙起动流速试验研究

通过水槽试验进行了塑料沙的起动流速试验,以5组泥沙为例,推导出沙粒在不同运动状态下塑料沙的起动流速公式,并与3种常用模型沙起动流速公式计算值比较,建议对轻质模型沙起动流速估算时,采用塑料沙起动流速计算公式.     

降雨过程中的边坡失稳研究

根据区域降雨时空分布特征、自然边坡的岩土结构组成及其物理力学特性,引入降雨入渗条件下饱和-非饱和渗流数值模拟技术,以江西省德兴市双溪电站某滑坡体为研究对象,进行了降雨过程的饱和-非饱和渗流场稳定性分析。并在此基础上采用刚体极限平衡分析方法中的Morgenstern-Price法,模拟计算了各降雨过程边坡的稳定性。研究结果表明：降雨特征（雨强、雨型）对边坡稳定性的影响不容忽视;边坡最小安全系数在雨后8~12 h达到最低值。     

模型沙起动流速公式的研究

对现有泥沙起动公式的分析表明细颗粒泥沙起动流速大于试验值,本文利用大量的模型沙起动流速试验资料,对不同材质、粒径的各种模型沙,建立了起动流速的通用计算公式,该式与试验资料吻合良好。通过研究模型沙的起动状态与起动流速的变化规律,指出模型沙个别起动、少量动、普遍动对应的起动流速间具有线性关系,进而给出了模型沙不同状态的起动流速计算公式。     

红壤坡地降雨产流的数学模拟及其过程分析

本文采用一维运动波理论建立了自然降雨下红壤坡地产流模型,应用Preissmann隐式格式对模型进行了数值求解,通过实测资料进行验证,计算值与实测值的相对误差最大不超过17%,说明该模型是合理的,可以描述不同雨型下不同水土保持措施的红壤坡地产流规律。将试验实测的降雨过程输入到本文建立的模型中计算,得到不同雨型下的产流过程。通过分析表明：百喜草覆盖与敷盖措施的起始产流时间明显滞后于裸露地,而洪峰流量也明显小于裸露地,说明百喜草覆盖与敷盖措施都有明显的削峰滞后作用。