新疆宽浅变迁河流桥位河段壅水研究

新疆宽浅动床河流水深小、比降大、水流急,河床容易冲刷。建桥后,由于桥位断面压缩而导致的壅水与一般冲积河流不同。通过概化动床模型试验,得出了新疆宽浅变迁河流桥位河段壅水计算公式。动床模型公式充分反映了这类河流壅水的特点,因而与实际情况较为符合。     

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。     

矮堰基础冲刷研究进展

矮堰基础附近冲刷坑的深度是矮堰设计的重要参数,关系到建筑物的稳定与安全。系统回顾了国内外80余年关于矮堰基础冲刷的研究进展,阐述了矮堰基础冲刷的分类和机理,从物理模型试验、理论分析和数值模拟3个方面评述了研究现状和存在的不足。目前矮堰基础冲刷较为成熟的成果多集中于二维矮堰非淹没式清水冲刷方面,以物理模型试验方法为主,对于三维矮堰结构的动床冲刷、非冲积原状土床沙成分组成的影响、行进沙波与冲刷过程的耦合关系、浑水冲刷过程数值模拟技术等问题研究还有待深入。     

沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟

研究了沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟方法。在该方法中采用了新的描述床沙级配变化的动力学方程和床沙级配在交换层内垂向变化与水流强度、河床冲刷强度的关系,反映了冲刷过程中交换层内向床面补充的物理过程。通过室内实验率定了相关参数,建立了床沙级配变化动力学方程的数值求解方法,模拟了床沙冲刷粗化。计算结果与室内实验结果符合较好,表明所建议的方法反映了河床冲刷中床沙级配变化的物理事实,可用于沙质河床冲刷粗化模拟。     

长江南京河段河床纵向冲刷深度厘定方法剖析

长江属于特大型河流、其河床纵向冲刷深度影响到穿、跨越长江工程的方案设计与施工方法确定，本文通过几个对长江南京河段河床纵向冲刷深度厘定结构的对比分析，剖析了这几种厘定方法的适应性，长江多年非汛期水下地形图测量结果，实际反映的是河道多年冲淤动态趋势，不能代表洪水期大洪水对河床的冲刷作用，这种冲刷深度不能正确反映其河床纵向冲刷深度；汛期实测的纵向冲刷深度，有时包含着深槽与浅滩相互转化过程的假象，不能依此为根据而定，相似性取值（即相似比尺）的影响，各家试验结果有所不同，再者。由于动床河工模型试验周期较长，对于时间紧迫的工程决策，往簇难以采用，而采用工程地质分析法确定河床纵向冲刷深度亦较适宜。     

三峡水库下游宜昌—昌门溪河段河床调整分析

建立反映河床调整幅度的体幅指标K,分析2003～2008年三峡水库下游宜昌—昌门溪河段河床调整幅度的沿程变化。研究发现该河段K与河段净冲刷强度不成正相关,而是与河道宽深比成正相关,当床沙中值粒径小于0.5 mm时,K与床沙中值粒径成负相关。初步分析认为:三峡下游粗颗粒泥沙容易达到输送饱和状态,当水流挟沙力减小时出现落淤,使得宽浅河段局部出现较大淤积,净冲刷强度较小,调整幅度较大;当床沙中值粒径小于0.5 mm时,该河段河床冲刷以悬移质输沙为主,河床组成越细,被冲刷的量越大,河床调整幅度也就越大。结合建库前后不同粒径组悬移质输沙量的沿程变化,对水库下游河床粗化方式进行了讨论。     

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整,对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制,分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽,其变化占整个平滩河槽的90%以上,且基本河槽冲刷加剧;断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上,通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系,发现螺山、汉口两站流量分别为29000~31000 m 3/s、31000~33000 m 3/s时,河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大,因此,可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后,该流量级以下的水流累积造床作用凸显,是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因;同时,受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响,河槽冲刷加剧。     

城市地表灰尘径流冲刷过程模拟

为弥补当前描述城市地表灰尘径流冲刷过程的指数衰减模型偏于经验、物理力学机制认识不足的问题,考虑到地表灰尘的泥沙物质属性,基于泥沙科学、从泥沙运动力学角度研究地表灰尘的径流冲刷过程与模拟方法。通过比较发现,地表灰尘径流冲刷指数衰减模型与河道冲刷条件下输沙调整的滞后响应模型具有一定的相似性。基于上述比较结果,参考河道冲刷条件下输沙调整的滞后响应模型方程,针对地表径流汇流的延时效应及不平衡输沙特点,并考虑地表灰尘颗粒的非均匀性及分组冲刷过程,对地表灰尘径流冲刷指数衰减模型进行了改进,建立了地表灰尘的分组不平衡冲刷模型。结合广东东莞牛山工业园区地表灰尘径流冲刷过程的实测资料,对模型进行了应用比较。结果表明:相比指数衰减模型,分组不平衡冲刷模型模拟地表径流灰尘浓度值与实测值变化趋势更为符合,确定性系数与纳什效率系数由0.15与0.59升至0.73与0.70,模拟效果进一步提高。研究结果有助于促进地表灰尘径流冲刷过程模拟由经验分析向具有物理基础的模拟方法转变。     

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整,对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制,分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽,其变化占整个平滩河槽的90%以上,且基本河槽冲刷加剧;断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上,通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系,发现螺山、汉口两站流量分别为29 000~31 000 m³/s、31 000~33 000 m³/s时,河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大,因此,可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后,该流量级以下的水流累积造床作用凸显,是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因;同时,受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响,河槽冲刷加剧。     

钱塘江河口过江隧道河段极端洪水冲刷深度的预测

钱塘江河口为强冲积性河口,在洪潮水流共同作用下河床冲淤剧烈,极端洪水条件下河床的冲刷深度是过江隧道工程的关键问题之一。基于河床演变分析、动床数值模拟和动床物理模型等研究手段,建立了钱塘江河口过江隧道河段洪水冲刷深度的预测模型,分别经钱塘江河口的典型实测地形、水流泥沙及河床冲淤等实测资料进行验证。在此基础上预测了某过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度,三种研究方法所得的结果定性定量基本合理,且与后来地质详勘的沉积分析成果基本一致,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供科学依据。     

浅埋暗挖洞桩法参数敏感性分析

针对浅埋暗挖洞桩法理论分析落后于工程实践的实际情况,依据地下结构设计计算理论的地层--结构法,以有限单元法作为分析手段,建立三维计算模型,系统开展了浅埋暗挖洞桩法施工过程的数值模拟,以及参数变化对洞周围岩稳定性和位移场的影响分析。结果表明：浅埋暗挖洞桩法用于大断面洞室或超浅埋洞室暗挖施工时,洞周围岩稳定性良好,并可有效控制地表沉降。洞室跨度为14 m左右时控制地表沉降的效果最好;在不同埋深条件下控制地表沉降的效果基本相同;洞室高度的影响则不明显。研究的结论对今后浅埋大断面单跨洞室暗挖施工方案比选和采用浅埋暗挖洞桩法施工具有指导 作用。     

过渡区动床明渠流的流速分布

利用激光流速仪测量了随水流强度加大松散床面,从定床到具有一定输沙强度的动床流动,试验水流条件均处于过渡区。试验资料分析表明,动床过渡区明渠流的卡门常数小于通常所采用的0.4;水流强度逐渐增大,随着推移质运动量增加,阻力系数有减小再增大的趋势;雷诺应力分布和紊动强度分布规律同光滑明渠流类似。     

On the entrainment of sediment and initiation of bed defects: insights from recent developments within turbulent boundary layer research

Sediment entrainment and the initiation of bed defects has commonly been ascribed to the impact of high velocity sweeps upon mobile sand beds. Results of visualization experiments suggest that these sweep impacts are grouped and may define ‘patches’of entrainment upon a mobile bed that may be wider than an individual sweep impact. Additionally, the presence of longitudinal ribs of sediment generated by sweep impacts may stabilize the position of sweeps and low speed streaks. These observations are interpreted in the light of recent boundary layer research which suggests the formation of multiple hairpin shaped vortices within turbulent flows: these are postulated to generate multiple sweeps that manifest themselves as entrainment patches on a mobile bed. These features of the turbulent boundary layer and its modification by sweep generated sediment ridges can be used to propose a model for bed defect formation and the subsequent development of current ripples.     

基于地理信息系统的公路边坡三维建模及可视化研究

基于MapGIS-TDE平台,利用山区公路勘察设计数据,研究了公路边坡地表、地上及地下模型的三维构建方法,提出了地表模型中未开挖坡面、开挖路面及开挖坡面3类子模型的约束表面构建方法。采用"基于要素面向实体的三维空间数据模型"实现了三维数据的组织及存储,相对其他的数据模型,该模型具有较好的适应性和灵活性。基于位移和雨量监测数据,实现了三维环境下的实时关联查询和统计,可为公路滑坡的监测预警提供实时分析资料。利用以上方法对湘西常德-吉首高速公路某边坡进行了三维模型的构建和可视化,验证了该方法的有效性。     

Fields in the spectrum of channel style

The classification of channel styles has to date proved difficult, with most schemes having been constructed around a series of geomorphological end-members which are inherently unable to describe the continuum of channel morphologies. We present a framework that accommodates all possible channel-interchannel configurations and facilitates the continued use of existing channel classification schemes. By considering the relative rates of channel and interchannel accumulation, a model has been derived with the potential to predict bed geometry and preservation potential for the entire spectrum of aggrading and eroding channels. The model identifies stability fields for all potential configurations of channel and interchannel areas. Significantly, the model predicts that the transition from aggrading to eroding systems need not be accompanied by a change from raised to incised channels.     

Supply‐limited bedform patterns and scaling downstream of a gravel–sand transition

A distinct suite of sand bedforms has been observed to occur in laboratory flows with limited sand supply. As sand supply to the bed progressively increases one observes sand ribbons, discrete barchans and, eventually, channel spanning dunes; but there are relatively few observations of this sequence from natural river channels. Furthermore, there are few observations of transitions from limited sand supply to abundant supply in the field. Bedforms developed under limited, but increasing, sand supply downstream of the abrupt gravel–sand transition in the Fraser River, British Columbia, are examined using multi‐beam swath‐bathymetry obtained at high flow. This is an ideal location to study supply‐limited bedforms because, due to a break in river slope, sand transitions from washload upstream of the gravel–sand transition to bed material load downstream. Immediately downstream, barchanoid and isolated dunes are observed. Most of the bedform field has gaps in the troughs, consistent with sand moving over a flat immobile or weakly mobile gravel bed. Linear, alongstream bedform fields (trains of transverse dunes formed on locally thick, linear deposits of sand) exhibit characteristics of sand ribbons with superimposed bedforms. Further downstream, channel spanning dunes develop where the bed is composed entirely of sand. Depth scaling of the dunes does not emerge in this data set. Only where the channel has accumulated abundant sand on the bed do the dunes exhibit scaling congruent with previous data compilations. The observations suggest that sediment supply plays an important, but often overlooked, role in bedform scaling in rivers.     

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。     

薄层厚度定量解释研究

薄层厚度定量解释已成为能源勘探迫切需要解决的课题之一。目前薄层厚度定量预测方法繁多,本文简要地介绍薄层的基本概念、薄层理论以及国内外薄层厚度研究的现状,并重点介绍了道积分法,在此基础上利用正演模型和实际资料进行了深入的研究。