推移质翻越低坝输移特性的试验研究

对于山区河流低坝而言，平时淤积在坝前的推移质粗沙可能会在洪水期集中翻越坝顶，形成高强度输沙。本文开展水槽试验，研究推移质粗沙自上游起动、推进、再翻越坝顶后向下游输移的过程，分析了输沙参数的变化特性及数理规律，描述了翻坝输沙模式及运动特征，揭示了输沙规律与河床形态之间的自然联系。取得如下认识：①输沙量随时间大致以幂函数规律增长。②低坝附近区域河床形态终将趋于稳定，上游和下游均形成相对稳定的曲面斜坡淤积体。③在不同的水流强度下推移质翻坝输移模式存在差异。对于一般水流强度工况，上游淤积体曲面斜坡表面泥沙颗粒以滚动或滑动模式起动，推移至接近坝顶位置时再跃移翻坝，后向下游输移；对于更高水流强度工况，后期的翻坝输沙模式可能发生显著转变，周期性边壁漩涡成为翻坝输沙的主要动力来源。     

卵石推移质采样器试验研究

本文对我国的ＭＢ－２型和美国的ＴＲ－２型卵石推移质采样器的模型的水力特性和采样效率进行了对比试验研究。得到ＭＢ－２的水力效率为０．９１，ＴＲ－２的水力效率为１．０４；仪器置入水中后水流的紊动强度ＴＲ－２比ＭＢ－２大。ＴＲ－２的采校效率平均是ＭＢ－２的１．８４倍，ＴＲ－２的采样效率方差平均是ＭＢ－２的１．６７倍，即前者的采样效率比后者高，但其采样效率的稳定性比后者差。文中还给出了两种仪器的采样效率η     

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。     

推移质翻越低坝输移特性的试验研究

对于山区河流低坝而言,平时淤积在坝前的推移质粗沙可能会在洪水期集中翻越坝顶,形成高强度输沙。本文开展水槽试验,研究推移质粗沙自上游起动、推进、再翻越坝顶后向下游输移的过程,分析了输沙参数的变化特性及数理规律,描述了翻坝输沙模式及运动特征,揭示了输沙规律与河床形态之间的自然联系。取得如下认识:①输沙量随时间大致以幂函数规律增长。②低坝附近区域河床形态终将趋于稳定,上游和下游均形成相对稳定的曲面斜坡淤积体。③在不同的水流强度下推移质翻坝输移模式存在差异。对于一般水流强度工况,上游淤积体曲面斜坡表面泥沙颗粒以滚动或滑动模式起动,推移至接近坝顶位置时再跃移翻坝,后向下游输移;对于更高水流强度工况,后期的翻坝输沙模式可能发生显著转变,周期性边壁漩涡成为翻坝输沙的主要动力来源。     

卵石推移质输沙率与流量相关的线型分析

通过比较精确的实测资料，分析了流量（断面平均流速）与卵石推移质输沙率关系，引入起动流量Qc或起动流速Vc，采用Qb=K3(Q-Qc)^α或Qb=K4(V-Vc)^β的线型拟合相关关系，可使卵石推移质输沙率约与流量4次方或与断面平均流速6次方成比例增长，与原有的方法相比不但使流量（流速）的方法降低了许多，而且对高水外延插补精度大有提高，分析表明，流量的方次要低于流速的方次，两者亦可相互换算。     

卵石推移质的脉动试验研究

卵石推移质运动不仅受水流条件的影响,而且还受床面组成、河流形态、产沙条件、级配宽度等因素的影响,其输沙率的脉动值可以比时均值大5倍,甚至25倍以上。因此以器测法在较短时段内单次取样,推求输沙率来代表     

河床粗化过程中推移质输移特征试验研究

为了研究河床粗化破坏与形成过程中推移质的输移特征,基于一套新型的接沙系统,在上游无来沙条件下,进行了3组不同床沙级配的水槽试验,研究了递增梯级流量作用下河床粗化破坏与形成的过程,采集到一套高精度（0.1 g）、高频率（1 Hz）的实时推移质输沙率及分时段输沙级配数据,分析了累积输沙量、输沙率及输沙级配的变化特征。结果表明,粗化过程中累积输沙量随时间基本呈幂函数规律增长,且"粗化破坏再形成"的累积输沙量曲线出现明显转折点;推移质输沙率表现出明显的非恒定性,其粗化形成阶段的耗时要远大于粗化破坏阶段的时间,两者之比范围为3.5~20.5;推移质输沙级配中粗颗粒比例随时间变化趋势与输沙率相似,在输沙率达到峰值附近时,输沙级配与原始床沙级配相同。     

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。     

渗流边界上推移质输沙率

天然河道边界上常由于地下水和地表水的水位不同而产生渗流,引起水流的非静水压力分布,进而影响推移质输移规律,也使得常用的推移质输沙率公式不再适用.利用水槽试验测定沙波的尺寸及运动速度与床面渗流水力梯度的关系,结果表明沙波的高度及运动速度随着向下渗流强度的加大而增加,随着向上渗流强度的加大而减少;进而结合理论分析,利用沙波运动特点估算推移质输沙率,并推导出推移质输沙率随床面渗流的引入而变化的计算公式,分析渗流引起非静水压力分布下推移质输沙率的变化.     

卵石推移质测验技术研究会议在成都召开

泥沙测验研究工作组委托四川省水文总站组织的卵石推移质测验技术研究会议于1987年8月2～6日在成都召开。会议审定了近期试验研究专题大纲。这些专题是:1.卵石推移质采样器取样效率研究;2.不同类型卵石推移质采样器性能和适用范围研究;3.卵石推移质输沙率测验和整编方法研究;4.野外推移质     

大卵石推移质采样器大型试验渠道建成并投产

为了研究大卵石推移质采样器的性能,较准确地进行推移质采样器的检定,1978年经水电部批准列为部属重点科研项目的大型试验渠道,于1979年上半年在四川灌县都江堰上游五公里处的白沙河口建成。经过1979年上半年的投产试验,成功地解决了标准砂的采集问题,下半年作了进一步改进,采用分部导流采砂法解决了大流量下标准砂的采集问题。1980年上半年又进行了扩建,建成了一座长100米,宽3米,深1.2米的矩形试验渠     

双峰型非均匀沙推移运动特性及输移规律

采用图像识别与推移质动态监测技术,开展基于双峰型非均匀推移质的系列水槽试验.通过引入反映床面粗糙度、粘性底层特性与颗粒非均匀度η(粗细比)的综合水流强度函数Ψ_b、特征弗劳德数Fr_b,系统研究了不同水流强度与床沙组成条件下的推移质输移特性以及颗粒非均匀度对输沙率的影响.通过对关键因子的辨识与量纲分析,提出了双峰型非均匀推移质输移模式,建立了基于近壁特征因子的水流强度Ψ_b与非均匀推移质输移强度Φ'的函数关系.对双峰型底沙输移机理的分析表明,非均匀沙的组成特征使得η成为影响Φ'的重要参量;正是细粒对粗粒的解怙作用对粗沙运动产生重要影响,使推移质输移率与颗粒非均匀度间呈现驼峰关系,峰值对应的粗细比η_c约为3∶7.     

三峡水库入库推移质输沙特性变化及其原因分析

朱沱、寸滩水文站是三峡水库主要入库控制站。通过对朱沱站1975～2001年、寸滩站1966～2001年实测卵石推移质资料分析，结果表明，朱沱站从1991起、寸滩站从1981年起，卵石推移量系统减少，粒径细化，起动流速增加，水沙关系明显变化。河道采砂、水利工程拦沙、水土流失治理是三峡水库入库推移质输沙特性发生变化的主要原因。     

悬移质单宽输沙率的计算

众所周知,悬移质泥沙运动的基本理论有两种:由维里卡诺夫根据能量守恒原理而创立的重力理论;由马卡维也夫根据施密特的紊动扩散概念而提出的扩散理论。这两种理论所导出的悬移质含沙量沿垂线的分布公式,都存在着一个共同的缺点,就是水面处的含沙量均为零。同时,重力理论所导出的公式,对于粗颗粒泥沙(沉降速度ω>3.0cm/s)在含沙量较小的水中应用比较适合,在能量方程的建立     

比降上下断面间距计算公式和比降精度的探讨

由于比降一面积法具有经济、简便、安全、迅速和能测到瞬时流量等优点,1986年被水电部列为符合河段顺直、糙率有较好规律条件水文站的一种测流方法。水面比降是影响比降一面积法测流精度的主要参数。本文将针对水电部部标准《比降一面积法测流规范》(以下简称部标)中的比降上下断面间距公式存在的问题,提出一个新的计算公式;并对如何提高比降精度和比降-面积法的适用条件进行一些讨     

基于单颗粒受力的均匀推移质颗粒对流和扩散特征

为揭示均匀推移质颗粒对流和扩散特性的控制因素,建立了间歇郎之万方程模型。该模型可在单颗粒尺度充分考虑颗粒的受力特性,模拟颗粒随机、间歇运动过程。通过该模型引入不同的停时分布,对模拟的大量单颗粒运动过程进行统计,从而研究均匀颗粒在大的时空尺度上的对流和扩散特征。结果表明,对于均匀颗粒,受颗粒速度分布的窄尾性限制,即便单步步长是长尾分布,也不一定产生超扩散,扩散特性由停时分布的尾部特征决定,不同分布的停时可导致欠扩散、超扩散和正常扩散。进一步与已有的、复杂程度不同的随机模型进行对比,表明忽略单步时间将影响颗粒的扩散(二阶)特性,但不影响颗粒的对流(一阶)特性,类似地可以推广到更普遍规律,即所研究随机发生的统计矩阶数越高,需要的模型越复杂。     

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.     

Einstein床沙质输移理论的再研究——关于粗颗粒床沙质输沙率的计算

本文讨论了H.Rouse泥沙浓度分布公式的数学性质.在此基础上,将悬浮指数z<1的泥沙定义为细沙;将z≥1的泥沙定义为粗沙。本文推导了粗沙情况下床沙质输沙率的解析计算公式,经与数值结果比较,表明本文的推导是正确的。