武汉水利电力大学泥沙研究进展

１　工程泥沙实验室概况武汉水利电力大学工程泥沙（原名河流泥沙）实验室成立于１９５８年，实验室占地４５００ｍ２，水槽大厅内有大、中、小三个玻璃水槽，三相流管道输送系统自成体系，可单独运行，河工模型试验大厅有完备的清浑水系统及较为先进的测控网络系统。研究方向覆盖了泥沙运动基本理论、防洪及治河工程、河流模拟理论和技术等与工程泥沙有关的领域，理论联系实际是我校泥沙研究的宗旨和特色，紧密结合我国大型水利水电工程建设一直是我校泥沙研究的主攻方向。实验室积极参加国家重大工程建设，１９８５年以来，承担了大量的国…     

从二相流方程出发研究平衡输沙—扩散理论和泥沙扩散系数的讨论

根据力平衡原理研究泥沙汲工的垂向分布，参照湍流混合气体运动中组元间作用力的本构式的构成，给出了湍流二相流相间阻力的本构式，并由此推导了充分发展的明渠流动中泥沙浓度的垂向分布。以本文给出的泥沙力平衡方程为基础，引入某些近似可推导出沿用至今的（泥沙运动的）扩散理论所给出的方程。     

黄河口泥沙特性和输移研究综述

就近20年来黄河口泥沙特性和输移规律的有关研究成果进行了系统的总结和综述。其中包括输沙特性、来水来沙变化、泥沙异重流、河口最大浑浊带、相关方法和技术的应用研究等方面,并指出了目前研究中存在的一些不足和以后应进一步加强研究的主要课题。     

三维泥沙数学模型的研究进展

对国内外近年来在三维水流泥沙数学模型的研究应用情况进行总结和评述，指出三维泥沙数学模型研究的必要性和重要性，对数学模型的基本方程、边界条件，泥沙扩散系数，泥沙沉降速度，数值计算方法等进行讨论，介绍模型的验证和应用情况，最后提出改进和完善三维泥沙数学模型研究、应用的途径。     

在清华大学从事泥沙研究的感受

我于1978年考入武汉水利电力学院治河与河流泥沙工程专业学习,得到泥沙工程学科的基本训练。1982年毕业后进入清华大学水利系泥沙研究室,师从费祥俊教授从事高含沙水流管道输送方向的研究。1985年硕士毕业后继续师从夏震寰、费祥俊从事博士学位学习,研究固液两相流与颗粒流的基础理论问题。1989年获得博士学位后进入中国科学院力学研究所做博     

河流泥沙研究进展

泥沙研究主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。泥沙学科体系始建于20世纪,侧重河流泥沙研究。河流泥沙运动力学基本理论包括：泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等。在长期的治河实践中,我国的泥沙科学发展迅速,主要进展包括：泥沙运动力学基本理论,高含沙水流的运动机理与理论,河流模拟的理论与技术,水库泥沙的对策与管理,河道演变规律的认识及治河工程技术等。本文对河流泥沙研究的主要进展进行简要综述。     

现有泥沙理论的不足和改进——扩散模型和费克定律适用性的讨论

描写混合物运动可以采用单流体模型、扩散模型和双流体模型，本文简要介绍了这三种模型，并作了比较，指出：单流体模型方程少、求解简单，但解中包含的信息量少；后两种模型包含的信息量相等，由于扩散模型方程组可以双流体模型方程组引入某种近似后推导出来，它的求解比双流体模型方程组简单，但包含一定的误差，本文分析了这种误差与运动介质物性的关系，给出了扩散模型的适用范围，说明了为什么对于气体混合物常用单流体模型或扩散模型，而对于气－固混合物大多采用双流体模型，液－固混合物性质介于上述两种混合物之间，扩散模型对于它基本上适用，但并不完全适用。扩散模型中的扩散速度表达式，常根据费克定律给出，本文指出了费克定律的局限性，并把它与泥沙运动力学目前遇到的困难联系起来，由此说明采用更一般的扩散速度表达式的必要性。     

基于文献计量学的泥沙运动研究进展

为及时追踪国内外泥沙运动领域的研究热点及前沿,采用文献计量法对1990-2020年中国学术期刊全文数据库和Web of science核心合集数据库中的相关文献进行可视化分析。结果表明,泥沙运动领域的年发表论文量呈上升趋势,中国、美国和法国的研究成果较多且影响力较大,相关成果主要发表在《Geomorphology》、《泥沙研究》等期刊。目前国外研究主要集中在地貌特征、泥沙运动、模型模拟、海岸工程泥沙、气候环境、养分和动物活动等方面,我国虽已取得相应的研究成果,但还存在一定差距,未来还需在数值模拟、泥沙运动对气候变化的响应以及泥沙起动研究等方面扩大研究的深度与广度。     

平原河网的水动力学及泥沙模型研究

介绍了近年来平原河网数值模拟的研究情况，对各模型及其数值模拟方法进行了简要评述．     

单一粒径均匀悬浮固—液两相流中球泡的动力学方程

本文以Ｅｌｇｈｏｂａｓｈｉ和Ａｂｏｕ－Ａｒａｂ提出的固－液两相流动方程作为描述液体相运动的控制方法，以拉格朗日形式下的球形颗粒在液流中的运动方程作为描述固体颗粒相运动的基本方程，建立了固液两流中的泡动力方程及在球泡溃灭时间τ和固体颗粒动力响应弛豫时间τ分别为τｃ〉〉τｒｅｌ和τｃ〈〈τｒｅｌ两种极端情况下的简化方程。     

柔性植物影响下水沙运动及物质输运研究进展

水生植物是河流、湖泊、滨海湿地环境中不可缺少的一部分,植物的存在使水动力条件发生了改变,进而影响了泥沙悬浮和污染物的输运。从恒定流和波浪两种水动力条件出发,针对柔性植物影响下的水流阻力、水流结构、紊动特性、特征流速、消波系数、泥沙运动、污染物输运等方面,综述了国内外的主要成果,并指出复杂水动力条件下的植物-水流-泥沙-污染物之间的相互作用规律是今后研究的重点和难点。     

交汇河道水沙运动与河床响应研究进展

汇流是平原河网常见的河道形态,河网交汇处伴随着水流、含沙量、地形、水温、生态和环境等的突变,是控制水、沙、污染物输移的重要节点,因此了解汇流处水、沙等物质输移和特殊床面形态对日益恶化的河网水环境的综合治理有非常重要的理论和实际意义。笔者主要从交汇河道的特殊水流结构、泥沙运动规律以及河床对水沙运动的响应分别进行概述和总结,提出了目前交汇河道研究中存在的一些问题,并对交汇河道水沙运动与河床响应研究的研究方向提出了展望。     

20世纪的泥沙运动力学

在20世纪，泥沙运动力学的研究取得了不少突出的成绩，但与其他学科同时期的进展相比，发展还是比较缓慢的。按取得的进展来看，20世纪可分为两个阶段；在上半叶，有6项突破性进展，逐步积累，到1950年，Einstein集大成，提出了第1 个泥沙运动力学理论体系。在下半叶，进入了百家争鸣的时代，一些研究者提出了自己的泥沙运动理论体系，作者列举了8个有代表性的理论体系。受计算机时代的影响，从20世纪70年 代开始出现了根据大量实测资料，利用计算机进行回归分析而得出的阻力和输沙率公式，而不拘泥于发展新的理论。与此同时，一些与实际偏离较远的理论逐渐被淘汰。在21世纪，要搜集系统完整的资料，特别是近底层的资料，并拓宽研究领域到环境，生态等学科。     

往复流作用下悬移质泥沙运动规律的数值研究

本文从水沙两相紊流的双流体数学模型出发,采用直接数值计算的方法,研究了海床面附近边界层内往复流对悬移质泥沙运动的影响。研究方法的有效性通过典型问题的流速分布、紊动能量分布以及泥沙浓度分布的计算结果和实验观测结果的比较得到了良好的验证。本研究还探讨了往复流条件下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。     

波浪作用下悬移质泥沙运动的两相流数值模型

该文采用基于水沙两相紊流的数值模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究。基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,合理地考虑了相间相对运动的影响。数值计算方法为有限体积法,对流项处理利用了三阶精度的QUICK格式,离散方程组求解采用的是TDMA迭代方法。计算得到的悬移质泥沙垂线时均计算值与不同尺度的水槽实验数据吻合很好,表明数学模型及其计算方法对于低浓度水沙两相问题是合理的。该研究还探讨了悬沙浓度、泥沙沉降速度以及各种相间作用力随时间的分布规律。     

河湖底泥的生物修复研究进展

本文介绍了底泥中氮、磷等营养元素，重金属及难降解有机物等污染物质的来源、性质及其对环境和人类造成危害及实例；简单介绍了底泥修复的物理化学控制措施，并着重阐述了污染底泥的生物修复方法研究进展、修复机理与应用实例；最后提出了研究展望和思考，旨在为河流湖库底泥及水体环境的治理提供科学依据。     

泥沙输移强度计算公式的再研究

输沙强度计算公式的精度，在很大程度上取决于水流强度指标的选取。本文在对以往各种水流强度指标分析的基础上，提出了统一的水流强度指标形式，并由此推导出一般形式的输沙强度计算公式，该公式可概括现有的有关输沙公式。同时利用多组实测水槽资料对公式中的系数进行了率定，与其它几个输沙强度公式比较表明，本文公式具有较高的精度。     

大连长兴岛海域表层沉积物特征及运移趋势

根据2008-2011年大连长兴岛海域近岸表层沉积物取样结果,分析表层沉积物的粒度分布特征,并利用GSTA模型分析了该海域的表层泥沙运移趋势。研究结果表明:研究海域的沉积物类型集中于砂、黏土质粉砂和砂质粉砂三种,砂主要分布在长兴岛的北侧和西侧以及葫芦山湾外湾-10m以浅水域,黏土质粉砂主要分布于高脑子角东侧近岸、葫芦山湾外湾-10m以深水域、葫芦山湾内湾以及西中岛西南侧近岸,砂质粉砂主要分布在董家口湾水域。研究海域的沉积物类型和粒度参数特征在横向上和纵向上均呈现不连续的分布特征,深水区以及较为隐蔽水域的分选程度都属中常或较差,而近岸开敞水域的分选程度则很好。GSTA模型计算结果显示,研究海域沿岸泥沙向岸横向输移趋势较明显,顺岸纵向输移趋势不明显,冬季波浪作用加潮流作用是研究海域泥沙输运的主要动力条件。     

黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理(黄河下游河道存在巨大的输沙潜力)

利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料,结合高含沙水流流变特性分析得出:河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同,均可用曼宁公式进行阻力计算;由于黄河泥沙组成较细,d50=0.03~0.10mm,随着含沙量的增加颗粒的沉速大幅度降低,泥沙在垂线上分布变得更加均匀,当含沙量大于200kg/m3以后发生改变;从泥沙存在对水流结构,流速在垂线上的分布特性上分析,含沙量200kg/m3左右时输送最困难,并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大,粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送,洪水期实测含沙量可达800~900kg/m3,表现出高含沙水流的高效输沙特性;黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg/m3,在流量2 000~3 000m3/s时,高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍是改造宽浅游荡河段为窄深稳定的河槽。     

泥沙输移强度计算公式的统一

输沙强度的计算 ,其实质是建立输沙率与水流强度间的关系 ,而现有的输沙公式中所采用的水流强度指标千差万别。本文首先对以往各种水流强度指标进行了综合、归纳 ,提出了一般形式的水流强度指标形式。由此推导出统一形式的泥沙输移强度计算公式 ,该公式可概括现有的有关输沙公式。