Einstein床沙质输移理论的再研究——关于细颗粒床沙质输沙率的计算

本文对Einstein输沙模式进行了简化处理.在此基础上,通过严格的数学推导,求出了Einstein床沙质挟沙能力公式中的J₁、J₂及p积分,从而给出了Einstein床沙质输沙函数的解析关系.通过与数值解的比较,表明本文的结论是正确的.由于本文所给的解析结果较简单,所以使Einstein输沙公式有可能在实际中,特别是在河床变形计算中得到广泛应用.但是本文是在悬浮指数z<1的情况讨论的,因此结论只适用于以悬移质运动为主的细沙河流.     

新疆渭干河部分流域河流泥沙分析

木扎提河、卡普斯浪河及克孜尔河3条河流1980—2010年31年多年平均悬移质输沙量之和为883×104t,3条河流的年径流量之和占到渭干河部分流域年径流量86%以上,3条河流的悬移质输沙总量可以代表全流域的多年平均悬移质输沙总量。根据流域泥沙的观测资料情况,对新疆渭干河部分流域河流含沙量的分布及输沙量、悬移质输沙量、河流输沙量的年内分配及年际变化等进行了分析。     

水库测验中垂线输沙率的计算方法

我们分析整理刘家峡水库异重流测验资料时,发现按水文测验规范中的方法计算垂线输沙率和平均含沙量,随着垂线流速和含沙量分布不同,其结果与实际有不同程度的误差。在某些情况下,会出现计算成果与实际相差一倍以上这类的错误。为此提出一种较精确的方法。该方法原理如下:沿水深方向分成 n 个计算单元,如图1所示。假定在一个计算单元内流速和含沙量为直线变化,则     

日平均输沙率96加权法改进探讨

本文对一日内流量和舍沙量变化都较剧烈时计算日平均输沙率的96加权法进行了分析研讨,找出了这一方法的主要问题是时段平均含沙量并非是由流量加权而得,而是由时段首、末的两个含沙量的算术平均值当做时段平均含沙量,这就导致了所得时段输沙量含有一定的算式误差.针对这一方法中的问题进行了必要的改进,建立了另一计算日平均输沙率方法一日平均输沙率面积包围法.     

黄河泥沙冲淤数学模型研究

应用作者提出的动床阻力、非均匀沙挟沙力、床沙交换调正及滩槽水沙交换等关系与新的不平衡输沙等初步经验关系,建立了黄河下游及水库河床变形计算一维数学模型。经1960年～1988年共28年实测水沙资料的验证计算,结果与实际基本符合。该模型的特点是可预报各种水流及河床边界条件下的动床阻力;可同时计算确定混合沙中各粒径组的推移质、悬移质挟沙力、含沙浓度垂线分布及上滩水流含沙量;能较好地反映浑水上滩淤积减沙使主槽减淤增冲的实际情况;能够基本反映泥沙多来多排及高含沙水流的冲淤特性;能综合反映出来水流量、含沙量及级配的调节变化产生的输沙冲淤差别。应用该模型计算黄河小浪底水库库区及下游河道的冲淤,成果比较合理。     

长江中游城汉河段推移质输沙率计算公式

三峡水库蓄水运用后,城汉河段悬移质输沙量大幅度减少,推移质输沙量所占比重增加,造床作用日益凸显,故开展其推移质输沙率计算公式研究具有理论与实际意义。利用螺山和汉口水文站实测资料建立了推移质输沙率与流量之间的指数关系式,并据此推算了两站逐日推移质输沙率,结果表明:螺山站、汉口站输沙率均与流量的0.912 78次方成正比,多年（2009—2015年）平均推移质输沙量分别为137万t、152万t,主要集中在汛期。利用推移质实测资料对Engelund、Einstein、Yalin 3个公式进行了检验与修正,结果表明:修正前各公式计算结果比较分散,且与实测值偏差很大;修正后各公式计算精度显著提高,综合比较发现,修正后的Yalin公式精度最高,Engelund公式、指数关系式次之,Einstein公式精度相对较低。因此,修正后的Yalin公式更适合于城汉河段推移质输沙率计算,可用于该河段的演变分析与数学模型计算。     

喀什地区水文测站单断沙关系分析

基于喀什地区某水文悬移质泥沙测验数据,对该测站断面平均含沙量与单位含沙量之间的相关关系进行分析。结果表明:该站点单断沙比例系数为0. 975,符合《河流悬移质泥沙测验规范》精度要求。在单断沙关系系数分析基础上,可在日后泥沙测验中,对不同水位下的单样含沙量进行测定,并间接推求对应的断面平均含沙量,从而降低悬移质输沙率的测验工作量,提高含沙量整编的精度。研究可为实现该站点悬移质泥沙间测提供重要的参考依据。     

青岛市环胶州湾各河流输沙特征分析

通过对青岛市环胶州湾各河流上的水文站历年含沙量、输沙量资料分析计算,推求出各河流的入海输沙量,并对输沙特征进行分析评价,最后得出以下以下结论:(1)从空间分布来看,胶州湾河流输沙主要来自胶州湾西北部和东北部。(2)河流属中沙河流。河道上游多年平均含沙量和输沙模数均大于河道中下游。(3)输沙量年际变化较大,最大年输沙量是最小年输沙量的518.7倍,且年降水量较大时,年入海水量也较大,年输沙量也较大。(4)河流悬移质颗粒特征为河流从源头到河口,泥沙粒径是不断减小。     

介绍一种泥沙采样历时速查图

在悬移质输沙率测验中,采用积时式采样器,进行全断面混合法取样,具有缩短测验时间,处理水样简便等优点。但在测验时一定要按当时水位,预先推估出断面平均流速,计算出取样总历时,然后根据各条取沙垂线所代表的部分面积权重,分配各取沙垂线的取样历时,才能保证断面平均含沙量的代表性。为了满足测验要求,同时又可以减少测验历时,下面介绍一种简化图解法——同轴相关图。     

(四)悬移质运动

被水流悬浮挟运的泥沙称为悬沙,也称悬移质。在泥沙问题中,悬沙占重要地位。悬沙的测验研究,包括确定其数量、粒径组成、分布(垂线和断面上)及其变化过程、运行特性,与其它泥沙因素(床沙质、推移质的组成、数量、床面形态等)及水流因素(水深、流速、比降、水温、糙率等)的关系等等,都是水文泥沙工作中的重要课题。悬移质、推移质、床沙质之间的关系很密切。推移质和悬移质中经常与床沙交换的较粗部份,称为床沙质,亦称造床质;一般不会沉落于床面、与床沙质关系很小的细颗粒,称为冲泻质,也叫非造床质。床     

基于ADCP反向散射强度估算悬沙浓度在洋山港的应用研究

洋山深水港地形差异大,流态复杂,在宽阔的西口门和窄深东口门,以传统方法同步开展悬沙输移监测十分困难。详述了在颗珠山汊道应用ADCP走航测沙的实现方法,结论显示,与传统代表垂线法成果相比,通过ADCP声反向散射信号计算的垂线平均含沙量,其对比标准差约为6%,随机不确定度在12%(置信水平为95%)左右,误差分布基本成正态,两种方法之间的断面输沙率相关系数达到0.96,可见,利用ADCP的声反向散射信号,只要标定得当,在洋山港区得到的垂线平均含沙量和断面输沙率是可信的,该技术将为洋山港区关键控制断面悬沙监测提供新思路。     

不平衡输沙含沙量垂线分布研究

采用理论推导和数值计算的方法,进一步研究了不平衡输沙条件下的含沙量垂线分布,首次提出了非饱和泥沙通量的概念及其表达式,推导了不平衡输沙含沙量垂线分布的理论解,包括不平衡输沙含沙量垂线分布指数公式和幂函数公式,以及相应的底部含沙量确定方法。同时利用差分法求解剖面二维扩散方程,得到了不同参数的不平衡输沙含沙量垂线分布。其结果除少数误差稍大外,两种途径得出的含沙量垂线分布彼此符合良好。     

沙质河道冲刷不平衡输沙机理及规律研究

通过动床水槽试验,观测沙波运动,揭示了湍流扫荡河床使表层床沙产生频发的群体起动冲刷现象。据此,提出了床沙交换及冲刷粗化分二个层次的物理模式;分析了冲刷时表层床沙粗化的必然性,确定了悬移质扩散过程中适于非均匀沙河床的新的近底边界条件。依据所建立的不平衡输沙立面二维数学模型,计算了大量不同情况下的含沙量扩散恢复过程,据此总结出了冲刷时含沙量恢复饱和系数α的预报公式及变化规律。     

單位水样含沙量采样位置的选擇及与断面平均含沙量之关系

“水文测站暂行规范”规定输沙率测验的目的,在于精确测定通过测流断面的实际输沙率,并据以计算断面平均含沙量。單位水样含沙量取样目的在于掌握河流含沙量的变化过程,再根据它和断面平均含沙量的关系计算流经某一断面的     

阳霞河流域泥沙变化趋势及输沙量计算分析

阳霞河位于轮台县阳霞镇境内,发源于南天山支脉科克铁克山南坡。阳霞河流域悬移质泥沙主要来源于径流形成区,洪水泥沙导致阳霞河河床频繁变迁,对沿河水利工程构成极大的威胁。由于阳霞河流域无泥沙观测资料,迪那河水文站与阳霞河流域同属相同气候区,将其作为参证站,基于多年水文资料,对阳霞河泥沙来源和输沙量的年内分配、年际变化、径流量和输沙量关系以及泥沙形成原因及防治途径等方面水文特性进行分析。通过对阳霞河年悬移质输沙量的估算,借用流域输沙模数推求设计流域工程场址处的多年平均悬移质输沙量。估算出阳霞河引水枢纽断面处多年平均输沙量为89.63×10~4t,其多年平均年输沙总量为107.56×10~4t。     

黄河下游非恒定输沙数学模型——Ⅰ模型方程与数值方法

构建起具有通用性的黄河下游一维非恒定输沙数学模型.该模型建立了新的泥沙连续性方程与河床变形方程,克服了以往数学模型计算中取饱和恢复系数小于1等缺陷,引入了符合黄河下游河道水沙特点的水流挟沙力和河床糙率计算等公式,给出了悬移质含沙量以及悬移质泥沙平均粒径沿横向分布的计算方法,以及阐明了河槽在冲淤过程中河宽变化规律的模拟技术.运用Preissmann四点差分格式离散水流方程,并与泥沙连续性方程进行非耦合求解.     

黄河下游非恒定输沙数学模型——Ⅰ模型方程与数值方法

构建起具有通用性的黄河下游一维非恒定输沙数学模型.该模型建立了新的泥沙连续性方程与河床变形方程,克服了以往数学模型计算中取饱和恢复系数小于1等缺陷,引入了符合黄河下游河道水沙特点的水流挟沙力和河床糙率计算等公式,给出了悬移质含沙量以及悬移质泥沙平均粒径沿横向分布的计算方法,以及阐明了河槽在冲淤过程中河宽变化规律的模拟技术.运用Preissmann四点差分格式离散水流方程,并与泥沙连续性方程进行非耦合求解.     

贵州退耕还林以来土壤侵蚀的时空变化及与降水关系

用变差系数作为衡量其变化幅度大小的指标,运用二元定序变量的Spearman相关分析方法,对贵州省2000年退耕还林以来的河流输沙量、输沙模数和泥沙含量的时空变化与降水量的关系进行了分析。结果表明:贵州省退耕还林以来,河流的输沙量、输沙模数与含沙量均呈减少的趋势,三者的年际变化幅度比较小,但是比其降水量的变化幅度大;从空间差异看,贵州长江流域多年的平均输沙量、输沙模数和河流含沙量比贵州珠江流域的大,而河流输沙量、输沙模数与含沙量的年际变化幅度则比贵州珠江流域的小;贵州的输沙量与降水量的Spearman相关系数为0.897,关系密切,其回归统计方程模型为y=x1.223。      

黄河中游测区输沙率与流量异步施测法分析

在悬移质输沙率与流量异步施测法基本原理分析的基础上,采用理论公式法及经验相关法对测点位置流速权重系数进行了分析计算;根据河流断面特性,建立了多年综合及相邻流量测次累积面积百分数与累积流量百分数相关曲线法等不同的部分流量权重系数借用方案。经实测资料检验,输沙率与流量异步施测法的计算误差符合《河流悬移质泥沙测验规范》的精度要求,能满足悬移质泥沙测验的生产需求。     

湘西大龙洞地下河流域水土流失特征及其对水库工程的影响

用人工断面法和流量堰法测流,高密度采集水样,在室内用称重法测得水体含沙量,对大龙洞地下河出口及其邻近地表河、地下河上游地表河段进行同步输沙特征监测,以为拟建的大龙洞水库泥沙淤积评价提供依据。两个水文年的研究结果均显示,地下河与地表河输沙率呈同步变化特征,平均悬移质输沙模数分别为37. 26～ 58. 33 t /km2 · a 和56. 82～ 76. 80 t /km2· a ,最大日平均输沙率分别为540 mg /L和890 mg /L,说明地下河空间以大型岩溶管道为主,连通性好,系统水力坡度大,对泥沙输出和减轻地下空间淤积有利。最大日平均输沙率均与最大流量峰值对应,说明水土流失主要发生在暴雨期间。选择流域内三种典型生态环境类型,进行原位水土流失观测,获得场雨产流过程和坡面流输沙率变化情况。结果显示,三种类型的平均悬移质输沙模数为65. 35～ 884. 78 t /km2· a ,暴雨期间准森林类最大瞬时输沙率为2 926 mg / L。在此基础上,估算得到在建库条件下50年总淤积量不超过地下库容的10% ,说明水土流失造成的水库淤积程度并不严重。