复式河槽正常水深计算方法比较

明渠恒定均匀流正常水深在水力计算中十分重要。而对于复式河槽,当洪水漫滩后,直接运用曼宁方程推求正常水深,将带来很大误差。系统地总结了计算正常水深的各种方法,用二分法求解,并运用英国科学工程研究协会洪水水槽设施(SERC-FCF)的大量系列水槽实验成果加以比较。比较发现,精度由高到低依次为COHM方法、刘沛清法、断面倾斜分割法、动量传递法、谢汉祥法、断面叠加法。通过对各种方法详细分析,建议在计算天然复式河槽正常水深时,COHM方法是值得推广的一种好方法。     

泥沙起动判别标准探讨

分析了现有起动标准的不足之处。在制定起动标准时,不但要考虑水流条件,还必须考虑泥沙颗粒在床面的相对位置。对同一粒径的泥沙颗粒,其起动条件不是一个常量,而是位于一个区间,它随颗粒在床面的相对暴露度而变化。根据力学原理,推导了泥沙颗粒起动时的临界无量纲切应力公式,并对其系数取值进行了理论计算。计算结果表明,对同一粒径、在同一起动状态下,泥沙颗粒的起动临界条件并非一个常量。并从理论上分析得到了临界值的范围,对个别及少量起动,其无量纲临界切应力为0.021～0.042及0.041～0.062。     

泥沙颗粒形状对非均匀沙起动条件的影响

根据非均匀沙颗粒的不均匀性,引入颗粒形状系数,通过分析泥沙颗粒形状系数和相对暴露度的影响,建立了等效粒径表达式;并通过泥沙起动受力分析,推导得到泥沙起动临界条件表达式.实测资料验证表明,计算值与实测值符合较好.     

堆石矮堰清水冲刷历时发展特性

堆石矮堰是常用的"生态友好型"河道整治建筑物。水流经过堆石矮堰会在其周围产生冲刷, 威胁其结构安全。为了提高堆石矮堰清水冲刷尺度的预测精度, 基于室内水槽试验研究了堆石矮堰清水冲刷的历时发展特性, 分析了水流强度、矮堰淹没度和矮堰透水性对冲刷尺度发展过程的影响。结果表明: 清水冲刷条件下, 堆石矮堰下游冲刷坑在试验初期发展迅速, 随后逐渐变缓; 在冲刷发展的任一时刻, 冲刷深度和冲刷长度随水流强度的增大而增加, 随矮堰淹没度的增大而减少, 矮堰透水性的增大使冲刷长度增加, 使冲刷深度减少; 随着冲刷的发展, 冲刷坑纵剖面形态逐渐收敛, 其面积与冲刷深度和冲刷长度的乘积线性正相关。基于理论分析和试验数据, 提出了堆石矮堰历时清水冲刷深度、长度、体积的计算公式, 可用于指导堆石矮堰冲刷设计。     

推移质输沙率的非线性研究

目的是从非线性科学角度探讨泥沙运动的规律。通过分析非均匀沙起动的影响因素得到了尖点突变模型的状态变量和控制变量,建立了能描述推移质运动的尖点突变模型。在尖点突变标准方程的基础上,应用尖点突变理论的坐标变换和拓扑变换,导出了输沙强度和水流参数的函数关系式。将输沙强度作为状态变量,水流参数和床沙密实系数作为控制变量。用水槽实验资料和其它推移质输沙率公式进行了对比验证。验证结果表明,计算值与其它推移质输沙率公式和水槽实验结果基本相符,误差一般在-90%～80%之间。说明建立的推移质输沙率公式是合理的,能够反映泥沙的起动和输移规律。     

两万年来岷江汶川古堰塞湖事件研究

位于构造活动频繁的高山峡谷地区,常发生滑坡堵江,进而形成堰塞湖。堰塞湖对河流自然演化及人类文明发展均有着重要影响,非稳态堰塞湖形成蓄水后往往进一步溃决引发特大洪水,致使下游河道严重冲刷并导致大规模基础设施破坏,而稳态堰塞湖会抬高上游侵蚀基准面,抑制上游河床下切,改变河流纵剖面形态。对于古堰塞湖事件的研究不仅可以更好地理解现代堰塞湖灾害,也可指示地质历史上的极端气候事件与构造运动事件。经野外考察,在青藏高原东缘,岷江上游汶川芤山发现古堰塞坝残留体,以及对应的上游湖相沉积物和下游溃坝特大洪水沉积物,标志着堰塞湖形成—稳定—溃决过程。研究表明,该堰塞湖形成于1.4万年前,初期发生小部分漫顶溃决,后稳定存在近万年,由于地震作用,距今3.8～6.9 ka间溃决消失。深入研究这类地区古堰塞湖形成与溃决,对该地区河流地貌演化研究、现代堰塞湖风险、特大滑坡灾害链防治和理解古人类文明的发展与消亡,均有着重要的指导意义。     

四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的临界条件

探明强降雨下泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件对预防泥沙灾害及减少水土流失将起到至关重要的作用。选取典型的四川紫色土试验区鹤鸣观小流域为研究对象,采用数据分类统计对比分析方法,对试验站近10年降雨径流输沙资料进行分析,研究强降雨情况下次降雨量、降雨强度和降雨历时等对泥沙输移突增的影响,找出导致泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件。研究结果表明:四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的关键特征因子为次降雨量、降雨强度以及最大径流模数;同时各关键因子的临界值分别为降雨强度5.3 mm/h,次降雨量130 mm,以耕作方式为主的坡地最大径流模数临界值为6 000 dm3/（km2·s）,以种植林草为主的坡地最大径流模数临界值为3 000 dm3/（km2·s）。     

非均匀沙隐暴作用的研究现状及其起动矢量式

系统回顾近几十年来国内外有关非均匀沙隐暴作用的研究状况,阐述诸多研究成果的局限性及其存在的不足.在此基础上,作者采用最新的矢量力学分析方法,探讨任意面上处于隐蔽和暴露状态的泥沙颗粒的受力关系,建立了更具一般性的非均匀沙起动流速矢量公式.文中又对不同方位床面上的泥沙起动公式进行有益的讨论,并对暴露状态下的一维公式进行了验证.     

基于碎屑锆石的黄土高原—毛乌素交界区石峁黄土粉尘物源估算*

对于黄土高原粉尘物质的来源以及沙漠和河流对粉尘的贡献,仍未达成一致的认识。本研究以毛乌素东神木市石峁剖面为研究对象,利用碎屑锆石年龄谱,对末次冰消期以来的风成粉尘堆积和河流沉积物展开源区分析,并使用逆蒙特卡罗模型进行物源的定量计算。结果显示,粒径分布和阴极发光(CL)图像显示石峁黄土为典型风成沉积。其粗颗粒碎屑锆石(>40 μm)年龄峰值集中在190~300 Ma、300~600 Ma、1700~1900 Ma和2300~2600 Ma,年龄谱显示近源(局地基岩碎屑)、中源(黄河河沙)和远源(阿拉善地区沙漠)均有贡献; 定量计算表明,三者分别贡献71%、21%和8%的风成粗颗粒。中、近源中,黄河及其支流侵蚀基岩后搬运沉积的漫滩物质成为粉尘输移的中转站,为黄土的形成提供了主要的物源。光释光测年结果表明,石峁剖面河流沉积物及其上覆的黄土物质分别形成于倒数第2次冰消期和末次冰消期,两者之间的沉积间断可能指示了末次冰期至冰消期的侵蚀事件,导致了河滩物质暴露,从而形成了潜在的局地尘源。这些结果表明,包括黄河干支流在内的河流系统对黄土粉尘有重要的物源贡献。     

四川盆地紫色土丘陵区水土流失及防治对策

四川盆地丘陵区是该省水土流失最严重的地区。也是该地区生态环境恶化、自然灾害频繁、农村经济落后、人民生活贫穷的重要原因。文章根据四川盆地丘陵区水土流失面积大、强度高的特征及其致害因素，探讨了水土流失原因。水土流失破坏生态环境及耕地资源，淤积江河湖库，加剧水旱洪涝灾害，造成土壤肥力下降，土壤蓄水抗旱能力降低。由此提出了一些相应的防治措施——加强生态环境建设，整治坡面水系，搞好农田基本建设，强化人口／管理等，从而使水土流失得到控制，生态环境得到改善。加强对紫色砂页岩丘陵区的治理，合理开发利用土地，提高土地利用率和生产率，不仅利于四川盆地丘陵区的经济发展，而且对改善长江上游乃至整个长江流域的生态环境也具有重大的现实意义。