冲积床面阻力关系分析比较

进一步验证和分析了作者早先提出的动床阻力关系,总结并提出了新的沙垄高度变化规律图,分析了它们与沙波阻力变化的关系,比较系统地揭示了不同水深、粒径条件下过渡区阻力变化规律.文中比较了作者及国内外其它五个重要的动床阻力关系,明确了这些公式的适用范围及限制条件.Einstein和钱宁的二个阻力关系只能用于过渡区,且后者只适用于粉细沙河床.李昌华的阻力关系可用于过渡区及低能态区.Engelund的阻力关系可用于一般沙质河床的低能态和高能态条件,但缺乏过渡区规律,对粉沙河床预报将系统偏小而对沙卵石河床则反之.Hayashi的阻力关系不适用于比降平缓的平原沙质河流.经验证和比较,作者的阻力公式适用于三个能态区各种水流强度及不同水深、粒径的情况,适用范围广泛,预报精度较高.     

小浪底水库运用对黄河下游河道水流阻力的影响

小浪底水库运用后,黄河下游河床冲刷粗化严重、水流阻力变化十分明显。为定量描述小浪底水库运用对水流阻力的影响,基于黄河下游水文站流速、河宽、床沙粒径、曼宁系数等实测数据分析,结合床面形态控制数理论及实测床面形态资料,建立了包含床面形态因子的动床阻力计算公式,计算精度得到了黄河下游水文站1 508组实测数据的验证。分析计算表明：黄河下游床沙粒径上段粗、下段细的特征更加突出,高村以上游荡型河段沙垄发育、动床阻力增加明显;高村以下河段,河床冲刷粗化程度明显减少,动床阻力变化相对较小,但河槽断面趋于窄深,洪水期岸壁阻力增大明显。小浪底水库运用促进了黄河下游床面形态的发育,增大了各河段的水流阻力。     

非恒定流驱动下床面形态变化特征

为深入认识非恒定流驱动下床面形态的演变规律及尺度变化趋势,采用水泵控制系统生成了一系列历时与洪峰流量不同的洪水过程来冲刷由粗沙组成的实验动床（中值粒径d₅₀=1.95 mm）,研究中运用非恒定流的形态、非恒定性及水流做功参数来量化洪水过程;统计分析河床高程数据得到床面形态的波长、波高及陡度。实验结果表明:在不同尺度的非恒定流洪水作用下,实验动床表面分别形成了沙垄、交错边滩以及介于两者之间的过渡型床面形态;洪水的非恒定性对床面形态尺度的影响最大,其次是水流做功参数,而非恒定流的形态影响较为微弱;在此基础上构建了用于描述非恒定流驱动条件与床面形态尺度响应的定量关系。     

破碎波作用下沙质海床床面形态变化试验

波浪在斜坡沙质海床上破碎会加剧泥沙输移导致海床形态变化,研究破碎波作用下沙质海床形态变化机制对于岸滩演变分析极为重要。在波浪水槽中采用中值粒径0.47 mm原型沙铺设1∶20坡度的底床模型进行试验研究,测量不同波浪条件下床面形态和沙坝顶端悬浮泥沙浓度变化。通过测量和计算破碎带输沙率、沙坝尺度和沙坝移动速度,分析破碎波作用下沙质斜坡海床上床面形态变化规律。试验结果表明,破碎带沙坝顶端的悬浮泥沙浓度与水深和底部床面密切相关,在形成沙坝和沙坝水平方向移动时,悬浮泥沙浓度较大;斜坡上沙坝前后来回运动的周期大小具有随机性,沙坝既有向岸又有离岸移动;在多组波长时间作用后沙坝尺度趋于稳定,底床净输沙量趋于0。     

破碎波作用下沙质海床床面形态变化试验

波浪在斜坡沙质海床上破碎会加剧泥沙输移导致海床形态变化,研究破碎波作用下沙质海床形态变化机制对于岸滩演变分析极为重要。在波浪水槽中采用中值粒径0.47 mm原型沙铺设1∶20坡度的底床模型进行试验研究,测量不同波浪条件下床面形态和沙坝顶端悬浮泥沙浓度变化。通过测量和计算破碎带输沙率、沙坝尺度和沙坝移动速度,分析破碎波作用下沙质斜坡海床上床面形态变化规律。试验结果表明,破碎带沙坝顶端的悬浮泥沙浓度与水深和底部床面密切相关,在形成沙坝和沙坝水平方向移动时,悬浮泥沙浓度较大;斜坡上沙坝前后来回运动的周期大小具有随机性,沙坝既有向岸又有离岸移动;在多组波长时间作用后沙坝尺度趋于稳定,底床净输沙量趋于0。     

床面粗糙形态的二元分形插值模拟

针对床面粗糙形态具有自相似性的特点,应用二元分形插值迭代函数系统,对床面粗糙形态进行了分形插值模拟,模拟中分形插值邻域Ak根据Kriging空间插值方法的变异函数球状模型确定,垂直比例因子sm,n通过基于插值点数据的多元统计分析确定.结果表明:分形插值重构的床面粗糙形态与原床面形态的相似程度将随着插值点信息量ic的增加...     

有关矿井突水水源判别方法的探讨

判别矿井突水来源是矿井防治水工作中的关键环节,选择合适的判别方法是快速高效判别突水水源的关键。本文对近些年来判别矿井突水水源的各种方法进行深入探讨,指出在水源判别时注意的问题,为矿井防治水提供决策依据。     

黄河下游动床阻力变化及其计算方法

动床阻力在冲积河道洪水演进与河床冲淤计算中具有十分重要的作用。黄河下游不同水沙条件下的床面形态变化较大,动床阻力变化规律十分复杂,因此需要研究动床阻力的计算方法。利用黄河下游花园口、高村、利津等7个水文站1958—1990年的686组实测数据,确定了影响动床阻力变化的关键水沙因子——水流弗劳德数（Fr）与相对水深（h/D₅₀）,前者表示水流强度,后者表示床面相对粗糙度;建立了基于水流能态分区的动床阻力计算公式,并采用这些实测数据率定了公式中的相关参数;利用黄河下游各水文站1991—2016年的2 288组实测资料,进一步验证了公式的计算精度。计算结果表明:动床阻力的大小随弗劳德数或相对水深的增加而减小;基于水流能态分区动床阻力公式的计算精度明显高于未分区的公式及其他4个动床阻力公式,且决定系数（R2）总体接近0.80,说明水流强度与床面相对粗糙度对动床阻力影响十分显著。     

黄河下游河道悬移质泥沙与床沙交换计算研究

在前人研究成果的基础上,根据挟沙水流任一粒径组泥沙在输移过程中质量守恒原理,建立了一维非恒定挟沙水流悬移质泥沙和床沙交换基本方程;通过引入平衡冲淤物粒径的概念,建立了河床处于淤积与冲刷时冲淤物粒径的计算公式,并提出了一套完整的一维非恒定挟沙水流悬移质泥沙和床沙交换计算方法。将该成果引入黄河下游一维扩展泥沙数学模型中,采用黄河下游1977年高含沙洪水与1999年汛后至2002年汛前冲刷系列进行了验证。结果表明,该方法能较好地模拟悬沙与床沙的交换过程,克服分组挟沙力方法的缺陷,使得非均匀沙计算理论上更加完善,应用上更加方便。     

黄河下游不同河段分组悬沙输移对河床冲淤的影响

小浪底水库运行后,坝下游分组悬沙输移特点发生改变,不同河段冲淤过程有所差别。基于1999—2018年坝下游实测水沙资料及固定淤积断面地形数据,分析汛期分组悬沙输移的沿程调整特点,建立分组悬沙输移及河床边界条件双重影响下不同河段河床累计冲淤量的计算关系。分析结果表明：(1)汛期各组沙输沙率远小于蓄水前,且中沙输沙率降幅最大,在各水文断面平均降幅为85%;沿程上细沙输沙率基本不恢复,而中沙和粗沙恢复距离分别到利津及艾山。(2)坝下游河床持续冲刷,各河段河床组成均发生不同程度的粗化;在拦沙后期(2007—2018年),游荡段和过渡段床沙中细沙和中沙占比不足5%,对悬沙几乎无补给作用,而弯曲段床沙对中沙仍有一定的补给能力。(3)下游各河段以冲刷下切为主,但调整幅度不同,故对水流的约束能力有所差异。建立了各河段累计冲淤量与前期河相系数及进口断面分组来沙系数的经验关系,并采用2019年下游水沙数据对公式进行了初步验证,公式能合理反映断面形态与分组悬沙输移对河床累计冲淤过程的影响。     

黄河下游游荡河段河床演变对河道整治的响应

为预测黄河下游游荡性河道大规模整治后对河床演变的作用,基于河流动力学理论,通过物理模型试验的方法,以黄河下游游荡性河道典型河段为对象,研究了河床过程对河道整治的复杂响应关系。研究结果表明,河槽横断面形态的调整与人工边界约束程度、流量变差及含沙量变差有关;只要整治工程体系平面布设合理,整治工程量达到一定规模后,通过河道整治,可使河槽横断面形态趋于窄深方向发展,促使游荡型河道向限制性弯曲型河道转化,同时,河道泄洪输沙能力有所提高;河道整治后,不同河段的比降调整不会平行进行。     

黄河冲积平原灌溉入渗研究

黄河冲积平原面积广大,农田灌溉频繁,灌水量大,在地下水资源评价时对灌溉入渗系数取值困难。本文在现场灌溉入渗试验的基础上,分析包气带岩性及结构、水位埋深、灌溉水量对灌溉入渗系数的影响,总结提出了多种条件下灌溉入渗系数的取值范围。在单位灌水量40～60m3／亩和水位埋深小于4m、4～8m、大于8m的井灌区中,当包气带岩性为粉土、粉砂时,灌溉入渗系数可分别取值0．21～O．10、0．10—0．05、0．05～0;当包气带岩性夹有粉质粘土层时,灌溉入渗系数可分别取值0．15～0．09、0.09—0．05、0．05～0。在单位灌水量较大的渠灌区,灌溉入渗系数可按单位灌水量的增大倍数而增加,由此为黄河冲积平原区地下水补给量计算中灌溉入渗系数的确定提供了依据。     

黄河调水调沙对下游河道的影响分析

2002年7月4日9时至7月15日9时黄河进行了首次调水调沙试验。2003年9月6日9时至9月18日18时30分结合防洪预泄又进行了第二次调水调沙试验。根据这两次黄河调水调沙试验成果,特别是首次调水调沙试验成果,对下游河道冲淤效果、河口拦门沙区泥沙冲淤量及其分布、河势调整、整治工程作用及河道过流能力变化进行了分析。分析结果表明,调水调沙不仅能够减少河道淤积,而且能够有效增大主槽的过流能力,改善下游河道排沙条件。所以,调水调沙是解决黄河泥沙问题的有效措施之一。     

黄河下游游荡性河道河势调整关系研究

通过黄河下游游荡性河道典型河段河势观测资料,统计分析了河势的调整关系。研究表明,尽管游荡性河道河势多变不定,但主流线在河宽方向的摆动位置仍有一定的统计规律可循;主流线弦高与弦长之间的调整符合弓形参数间的一般函数关系;随主流线长度增加,弯曲半径不会无限制减小,将会趋于某一相对稳定状态;弯曲系数与主流线长度、弯曲半径之间的统计关系表征了黄河下游游荡性河道河势易出现陡湾且易坐小湾坐陡湾的特性;弯曲半径与河面宽之间具有一定的相关趋势,河面越宽,弯曲半径增加的可能性越大。     

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。     

The formation of dunes,antidunes, and rapidly damping waves in alluvial channels

Under the effect of a constant current for a long time, a water channel of infinitely long and constant depth interacting with a uniform sandbed of infinite thickness is used to simulate the formation of dunes, antidunes and rapidly damping waves in alluvial channels. The theory of potential flow is applied to the channel flow, while Biot's theory of poroelasticity is adopted to deal with erodible bed material. The governing equations, together with free surface, bed surface, and far field boundary conditions, form a complete boundary‐value problem without applying empirical sediment discharge formulas as in conventional researches. The comparison of the present result with Kennedy's (Journal of Fluid Mechanics, 1963; 16 : 521–544) instability analysis not only indicates the appropriateness of the present work, but also reveals the advantage of the present study due to its ability to find all kinds of bed forms (including the rapidly damping waves that Kennedy could not find) and of solving for the unclear lagged distance δ introduced in Kennedy's work. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

小凌河下游晚全新世地层与环境

作为从出山口至入海河口直线距离仅约20 km的短途河流,小凌河下游地区及相邻潮间带表层发育了砾石质冲洪积扇、曲流河道滞留相-点状砂坝-泛滥平原与洼地、贝壳砾石海滩、盐沼、开放潮坪下部与中上部等一系列沉积环境。通过沉积地层学、年代地层学及新构造等方面的综合研究,1)将中、晚全新世地层划分为7个年代地层单元,2)发现了夏-西周、元末-明初两道年龄分别约为2 050～650 BC和1 350 AD的古海岸线,3)确立了春秋、中唐-北宋初、"小冰期"结束以来3次小凌河沉积期,最有可能发育的时间进一步限定在约650～400 BC(第1期)、约700～1 000 A(D第2期)和1 850 AD以来(第3期),4)提出了NW向与NE向构造加剧小凌河下游曲流发育的假说。