泥沙颗粒生长生物膜后起动的实验研究——Ⅰ.起动实验设计及结果分析

天然水体中泥沙颗粒表面容易生长生物膜,生物膜的生长会对泥沙颗粒的运动特性产生显著影响。设计了泥沙颗粒表面生长生物膜的实验,以及生长生物膜后泥沙颗粒的起动水槽实验。在水槽观测段分别放置由去离子水浸泡和天然水培养的两种泥沙,对比观察两种泥沙起动过程的区别,分析起动流速的差异和随培养时间的变化规律。结果表明,天然富营养水体中生物膜生长繁茂,对泥沙起动特性有着显著的影响,能够增强泥沙颗粒的抗冲性,并随时间呈现出先逐步增强到一个最优值后有所削弱的钟形曲线的变化趋势,表明在研究天然河流和湖泊尤其是污染严重的水域的泥沙起动时,需要考虑到生物膜的作用。     

瞬时排放泥沙颗粒团在横流中对流扩散特性的实验研究

河道维护、航道开挖及疏浚等一些工程,常常将挖掘的泥沙抛入流动的水体中,利用横流对泥沙颗粒团的对流扩散作用来稀释泥沙浓度.针对这类工程进行水环境质量影响评价时,首先要识别泥沙的运动特性.通过实验手段,研究不同级配的泥沙颗粒团瞬时排放后在横流中迁移扩散混合特性.实验结果表明,泥沙颗粒团进入水体后,在浮力、重力、阻力和横流紊动的综合作用下发生对流扩散;横流是产生泥沙对流运输的主要动力,横流的紊动作用,加强了泥沙颗粒团与水体的混合作用,并且破坏了其在静水中的双漩涡结构,因此大大地增加了垂向前锋位置和纵向扩散宽度.通过分析得出了无量纲泥沙颗粒团垂向前锋位置与时间、纵向扩散宽度与时间以及垂向前锋位置与纵向扩散宽度的3个关系式中的参数(α₁、α₃和α₂)均值及其变化范围,可应用于抛泥对水体环境的影响评价.     

潮滩剖面形态与泥沙分选研究进展

潮滩剖面形态与多组分泥沙分选是海岸动力学与河口、海岸地貌学的重要研究内容,对保持生物多样性、研究沉积历史和沿海工程评估等具有重要的实际意义。从现场观测、理论解析和数值模拟等方面,归纳了在潮滩剖面形态特征与多组分泥沙分选方面研究的主要进展。回顾了潮滩剖面形态分别在潮流和波浪主导下的经典理论解析解,剖析了包括潮流、波浪泥沙来源及特性等主要影响因子以及植被、海平面上升、围垦工程等其他影响因子对潮滩剖面形态水平向、垂向泥沙分选过程的作用机理,同时提出了考虑水动力、生物作用、人类活动等多因子耦合作用下潮滩演变研究以及定量化预测方向的若干亟待解决的科学问题。     

我国大陆型冰川运动的某些特征

运动是冰川区别于其它自然冰体的主要标志之一。我国现代冰川工作者一开始就重视对冰川运动的观测研究,至今已积累了二十多年的资料。1958年以来,先后对祁连山、天山、昆仑山、念青唐古拉山、喜马拉雅山和阿尔泰山的某些冰川,进行了运动速度观测及其研究,有些冰川还进行过连续的观测(表1)。此外,还对喀喇昆仑山的巴托拉冰川进行过详细的观测研究。施雅风等曾对我国冰川运动情况作过总结。本文试图在前人总结和笔者在祁连山、天山等新近观测研究的基础上,对我国冰川运动作一分析。     

三峡工程动工以来葛洲坝水库河床演变分析

根据葛洲坝水库固定断面资料,分析了三峡工程动工前葛洲坝水库河道演变情况和水库冲淤特性,重点分析了三峡工程动工以来葛洲坝水库河床演变情况.认为,三峡工程动工以来葛洲坝水库冲淤特性保持不变;三峡工程施工对河道的影响主要集中在两坝之间一是大量的弃渣加大了某些年份两坝间河道的泥沙淤积,二是粗化了床沙的组成,其中以一期工程施工期影响最大,大江截流以后情况好转.三峡工程动工以来,水库累计冲刷量为3 616×104m3,主要集中在常年回水区河段,其中两坝间累计冲刷量为2 321.1×104m3.1998年特大洪水是水库冲刷的主要原因.     

泥沙运动引起的环境问题及环境泥沙学

从两个方面,即水环境中的泥沙问题和泥沙运动引起的环境问题出发,说明了环境中泥沙问题的普遍性,指出了结合泥沙运动研究环境问题和结合环境科学研究泥沙问题的重要性和必要性,并将这方面的工作概括为“环境泥沙学”.它研究受泥沙运动影响的污染物(包括泥沙颗粒本身)在环境中的迁移转化规律、控制及其应用,其核心是将水利工程科学主要是水力学、泥沙运动力学和环境科学的某些学科,如环境化学、环境地球化学等结合起来,研究与泥沙运动有关的环境问题,并对其研究内容和方法进行了探讨.这方面工作的深入,必然推动环境科学的加快发展,在某种程度上,也将推动泥沙科学的向前发展和丰富泥沙科学的研究内容.     

排海污水挟沙射流研究进展

排海污水中往往含有一定数量的悬浮物, 这些悬浮物在排放口附近中呈现出复杂的扩散与沉降特性, 具有挟沙射流的典型运动特征。本文系统回顾了静水、恒定流、潮流和波浪等环境下排海污水挟沙射流的研究进展, 发现在不同动力环境下挟沙射流泥沙沉积形态存在显著差异性。如何精细刻画波浪-水流-射流多动力耦合过程及其对泥沙输运和沉降过程的影响是排海污水挟沙射流研究的难点所在, 对此提出了基于PIV/PLIF固相分离物理试验、粒子追踪两相流数值模型和拉格朗日积分模型, 系统开展波流共同作用下挟沙射流运动规律研究的设想, 以期为排海污水工程的优化设计提供重要参考。     

粘性泥沙分层运动特征的试验研究

应用水槽试验研究了粘性泥沙的运动特性及水流条件和泥沙浓度对粘性泥沙运动的影响。实验结果表明,在一定的水流和泥沙浓度条件下,粘性泥沙运动存在着特殊运动形式——"分层运动","分层运动"形成时水槽中泥沙浓度沿垂线分布成"阶梯"形状,水流流速沿垂线分布为中部最大,向水面和水槽底部方向流速减小。分层运动的形成及其特征与水流条件泥沙浓度等因素密切相关,不同的泥沙浓度下形成分层运动的水动力条件不同,泥沙浓度增加,形成分层运动的水流强度也相应增加。     

葛洲坝蓄水以后库区蒸发水量的计算与分析

用宜昌蒸发站采用的２０ｍ＾２蒸发池观测的水面蒸发量代替葛洲坝库区的水面蒸发量,用实测的不同流量级库区水面面积建立关系曲线,推算出库区历年月、年平均水面面积泽葛洲坝水利本世纪蓄水以后的历年平均月（年）蒸发水量进行了分析计算。对葛洲坝水利本世纪蓄水以后的各年月、年蒸发水量进行了计处。分析了葛洲坝库区的水面蒸发理对水资源的影响。其成果可供葛洲坝库区水平衡研究和水资源评价参考。     

葛洲坝水库调度对黄陵庙水文站流量影响试验研究

黄陵庙水文站是三峡工程的专用水文站,该站处于葛洲坝水库常年回水区内,由于受葛洲坝水库调度影响,中低位流量测验难度甚大,水位流量关系十分复杂,给资料的运用和整编带来一定困难,根据黄陵庙水文站的试验结果,分析了葛洲坝水库调度对该站的影响,揭示了水库调度对该站的机理,稳定和一般规律,对该站流量资料的应用提出了看法。     

明渠非恒定流流速分布及推移质运动研究进展

明渠非恒定流流速分布及非恒定流作用下推移质运动分别是水力学和泥沙运动力学研究中的重要问题之一。近几十年来,国内外许多学者在这些领域做过很多探索,取得了一定进展,也存在较多问题。在总结相关研究成果的基础上,简述了明渠非恒定流试验方法、流速分布、床面切应力、非恒定流输沙与水流运动不同步现象、产生原因、以及非恒定流推移质输沙公式等方面的成果,指出了现有研究中存在的不足,提出了需要进一步研究的关键问题:应用先进的量测仪器,研究非恒定流作用下非均匀沙运动输移规律。     

淤泥质河口水沙运动数学模型相关问题

为研究淤泥质河口的水沙运动规律,建立了用于模拟淤泥质河口水沙运动的二维数学模型。该模型采用基于无结构三角网格下的有限体积法对方程组进行离散,结合Roe-MUSCL方法及时间方向的预测-校正格式,使模型在时空方向具有二阶计算精度。模型中分别采用不同方法计算粘性和非粘性泥沙的输移源项,并引入粘性泥沙的起动流速和冲刷率计算公式。采用已有的概化水槽试验数据对模型进行了初步验证。然后模拟了1995年10月小潮及大潮期间海河口的潮流运动与泥沙输移过程,计算得到的潮位、潮流速及含沙量过程与实测过程符合较好,结果表明模型能够用来模拟淤泥质河口粘性和非粘性泥沙的不平衡输移过程。同时还比较了泥沙输移源项的不同处理方式对计算结果的影响,计算表明在淤泥质河口水沙运动数学模型中必须同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移。     

地下水观测井井筒效应的多场耦合数值模拟

利用3种不同水流运移方程分别模拟井管附近不同区域的水流运动, 基于流量守恒原理实现不同流态区域边界的耦合, 建立了有代表性的观测井-含水层系统场景; 利用建立的耦合模型模拟了观测井-含水层系统中水头的分布, 基于模型模拟数据分析了观测井井筒存在对含水层局部水头分布及地下水水质采样和环境监测结果的影响; 还分析了地下水三维水流强度、观测井井径以及含水层介质参数等对井筒效应的影响规律: 井筒效应在粘土等渗透系数和比单位贮水系数相对较小的含水层介质中更为明显, 其影响随着三维水流强度及观测井井径的增加而增大; 进行了上述参数的敏感性分析, 指出对于同一参数其在不同区间的敏感性比例不同, 对于不同参数观测井井径的敏感性比例最大, 因此在地下水环境监测的工程实践中减小观测井井径是相对快速且有效提高监测和采样精度的方法.      

(七)枢纽泥沙问题

枢纽泥沙问题,一般是指枢纽工程设施的防淤塞防损坏和引水口的取水防沙。前者即不使引水闸前、船闸上下、电厂进水口发生淤堵,不使粗沙卵石撞坏磨坏工程设施。后者即保证引水口引进足够的水量,减少泥沙特别是粗粒泥沙进入,使机组设备(抽水机、水轮机)受泥沙磨损较少,输水渠道淤积较少,泥沙处理较容易等。为此,在设计枢纽前,要详尽观测研究河道来水来沙情况,研究库区的冲淤演变过程(见本讲座第六讲);进行枢纽泥沙模型试验,弄清     

三峡库区泥沙絮凝临界条件现场测量

三峡库区絮凝现象是细颗粒泥沙淤积的重要原因,泥沙絮凝临界条件对三峡库区泥沙淤积规律和模拟具有重要意义。在三峡库区忠县和奉节河段开展泥沙絮凝的现场测量,基于声学多普勒流速仪（Acoustic Doppler Velocimeter,ADV）和泥沙采样测得同步的瞬时流速和含沙量,通过泥沙扩散理论反算现场泥沙沉速及絮团粒径,得到了三峡库区泥沙絮凝度及其与粒径、流速和含沙量的关系。结果表明:库区细颗粒泥沙发生絮凝,且多为中轻度絮凝,重度絮凝较少;库区泥沙絮凝的临界粒径约为0.018 mm,临界流速约为0.7 m/s,临界含沙量约为0.8 kg/m3。研究结果可为三峡库区泥沙的运动规律以及泥沙淤积模拟等提供一定的理论支撑。     

NBS-84型临底悬沙采样器水槽率定和现场测试

一、前言通过泥沙原型观测为水利水电工程开发取得第一手泥沙基本资料,目前仍然是一种不可代替的重要途径。由于采样器构造上和技术上的限制,悬移质和推移质只能分别用不同的采样器观测.对临底悬移质的测验,由于情况复     

普若岗日冰原表面运动特征观测研究进展

冰川运动特征的分析研究有助于了解冰川的基本性质,是冰川学研究的重要内容之一.40a来,我国冰川学者先后对天山、阿尔泰山、祁连山、喀喇昆仑山、喜马拉雅山、念青唐古拉山以及横断山等部分冰川进行了冰川运动的观测研究^[1～6],施雅风、黄茂桓等较为系统的总结了天山乌鲁木齐河源一号冰川的运动机理以及我国大陆型冰川运动的某些特征.这些分析观测的冰川类型均为山谷冰川或冰斗山谷冰川,而对冰帽型冰川的运动特征的观测分析甚少.     

青藏直流线路冻土地基监测研究

青藏交直流联网工程是继青藏公路、 青藏铁路等之后, 在青藏高原多年冻土区建设的另一种新结构的冻土工程. 系统地分析了青藏直流线冻土工程与其它工程的差异, 并就该工程冻土基础温度、 水分、 应力和应变监测系统的建立和观测要素, 以及初步观测结果等问题进行了讨论. 通过对2011年全年观测数据分析发现, 整个监测系统可以准确、 及时反映输电线路冻土基础的不同性状和特征, 可以反映影响塔基稳定性的主要因素及其变化趋势. 初步观测结果表明, 在不同时段, 监测塔式基础底部总体处于冻结状态、 塔基基本稳定, 但个别监测塔基地温增温幅度、 上限融化深度较大, 沉降变形呈现增加趋势. 鉴于工程完工和荷载作用的时效性, 塔基稳定性应处于动态变化过程之中. 为正确评价塔基稳定性, 需要对塔基回填土的冻融、 水热变化和塔基变形等重要过程进行长期监测研究.     

长江口泥沙输移扩散与沉降过程高分辨率声学现场观测

河口悬沙属性的现场观测对于泥沙输移和沉积过程研究具有重要的意义,现场超声探测较其他观测技术和方法具有较大的优势.本文应用ASSM-Ⅱ型声学悬浮泥沙观测系统对长江口悬沙输移扩散进行高分辨率观测,洪季涨潮期现场观测发现:①在潮流和颗粒重力共同作用下,抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程;②抛泥泥沙输移扩散存在2种基本的模式,即表层低密度羽状流和底层高密度羽状流.在正常天气涨潮流作用下,泥沙沉降可形成二级泥跃层,平流输送和沿程密度差产生的压力梯度形成底层高密度羽状流,它是泥沙输移扩散的主要方式.     

1998年三峡坝区水流特性与河道冲淤分析

在三峡工程建设过程中,三峡坝区河段水文泥沙及河床冲淤的变化情况对工程有着至关重要的影响,特别是１９９８年大洪水,使得三峡坝区河床冲淤及水文泥沙等要素的变化非常之大。根据１９９８年三峡坝区的实测资料,对坝区的水流冲淤等情况进行了分析,得出了坝区水流情况和河道冲淤的一般规律,同时也提出了一些值得关注的问题。