风沙起动形式与起动假说

风沙颗粒起动是风沙物理学与沙尘释放研究的重要内容,但是,这一领域的研究很不成熟。本文根据国内外目前的主要研究成果,讨论了风沙起动的形式,将风沙起动理论归纳为风压起动说、升力起动说、冲击起动说、压差起动说、振动起动说、斜面飞升说、猝发起动说、湍流起动说、负压起动说和涡旋起动说等10种假说。进一步将风沙起动假说归纳为以接触力为主的起动学说和以非接触力(气力)为主的起动说两大类。最后认为,风沙起动的影响因素是复杂的,各种学说都有其合理的成分,反映了真理的某个侧面,但试图仅仅靠某一种学说或某一种力来解释风沙的起动是不够完善的。风沙起动过程同时受多种力的作用,只是这些力所起的作用各异,在分析时要分清主次。再者,同一种力在不同性质(如不同密度、粒径和形状等)沙粒的起动过程中所起的作用也可能是不同的,在研究中还需要具体问题具体分析。风沙起动机制尚需全面、深入和科学的研究。     

基于等效粒径的无粘性泥沙起动条件对比研究

通过将等效粒径引入非均匀沙起动条件表达式,得到了基于等效粒径的非均匀沙起动条件统一表达式,并从反映泥沙的非均匀性引起的荫蔽(暴露)作用与分选作用角度对当前有一定影响的非均匀沙起动条件的等效粒径表达式进行了对比研究。结果表明,各家公式都能够反映泥沙的非均匀性引起的荫蔽(暴露)作用,较粗泥沙颗粒的等效粒径小于其自身粒径,容易起动,较细泥沙颗粒的等效粒径大于其自身粒径,较难起动。但是不同公式之间还是有一定的差异,主要反映在细颗粒的荫蔽作用方面。不同公式区分非均匀沙颗粒间荫蔽(暴露)作用的特征粒径是不同的。韩其为、张启卫、刘兴年公式能较好的反映泥沙起动时的分选作用。对于细颗粒泥沙而言,Egiazaroff、Hayashi与秦荣昱公式在冲刷时体现由于床沙粒径不同而产生的分选作用相对较差。     

无粘性泥沙起动条件对比研究

从泥沙起动的已有研究成果出发,推导出常见的3种泥沙起动条件的转换关系.利用这些关系,将国内外现有的几十种泥沙起动条件进行了统一,可得各种公式的K值一般在337～786之间.为合理选用起动公式提供了依据.在此基础上,用韩其为1965年在岷江五通桥茫溪河进行的卵石起动的野外水槽试验资料与一部分经典公式计算结果进行了对比研究.为岷江都江堰河段合理选用卵石起动公式提供了依据.     

基于B超成像的泥沙起动流速测量方法

床面上泥沙颗粒的起动测量一直是泥沙运动规律研究的难题。为此,提出了一种基于B超成像技术的泥沙起动流速测量方法。在模型试验水槽中,该方法利用B超仪获取水下地形及其附近粒子的运行图像,通过图像处理技术分析统计床面附近运动粒子的成像光斑个数,并分析其与流速之间的关系。结果表明,B超成像光斑个数在泥沙起动过程中存在一个突变过程,且该突变过程与泥沙起动运动相对应,可用来判定泥沙起动及其对应的起动流速,并利用该流速下的床面地形变化验证了该方法的正确性。该方法具有无扰动无干扰、适合于清水和浑水、易于实现自动化测量的特点。     

河床冲刷粗化多步预报模式研究

运用概率论与力学分析相结合的方法,提出了考虑非均匀沙隐暴效应的泥沙起动概率计算模式,并在已有研究成果的基础上,建立了以泥沙起动概率为核心的河床冲刷粗化多步预报模式,该模式可同时满足预报粗化层级配和冲刷深度的要求。实测资料验证表明,此模式具有较好的预报效果。     

海南日月湾海域表层沉积物分布特征与运移趋势

海南日月湾是典型的岬角弧形海湾,海岸类型多样,底质粒级较粗。基于实测的海流、表层沉积物粒度数据,分析了海南日月湾海域表层沉积物的分布特征,计算了泥沙起动流速与表层沉积物输运通量,探讨了表层沉积物运移趋势。结果表明,研究区表层沉积物颗粒较粗,整体以含砾砂为主,其次为砾质砂、砂、砂质砾和粉砂质砂,呈圆斑状零星分布;沉积物粒级组分从最细的黏土到最粗的砾均有分布,细颗粒主要分布于研究区东侧和西侧近岸海域,粗颗粒呈NS向条带状分布于研究区中南部海域,呈现中部分选差、周边分选好的特征;研究区泥沙起动流速在近岸自东北向西南递增,在远岸自东北向西南先减小后增大,粒径对泥沙起动流速的影响大于水深,靠近分界洲岛海域,单纯的潮流作用只能使部分颗粒发生再悬浮,表层沉积物平均日净输运通量介于0.04～3.7 kg m−1 d−1,净输沙方向总体呈SW向,平均日净输运通量在东北侧海域明显高于西南侧海域,涨潮段单宽输沙率略大于落潮段单宽输沙率（R4站位除外）,涨、落潮段输沙方向基本一致。     

急陡沟道泥石流起动特征模型试验研究——以汶川县福堂沟为例

急陡沟道泥石流是汶川震区发现的一类特殊泥石流,调查发现其具有物源量大、侵蚀强烈,冲出规模大等特点,是震区地质灾害治理的难点。本文以汶川县典型急陡沟道泥石流福堂沟为原型,分析了其发育条件和特征,并通过模型试验等手段,还原并分析了急陡沟道泥石流起动及形成的过程,以及相应的土体内部参数变化特征。试验显示在20°、25°、30°的坡度和480mL/s、410mL/s、360mL/s的径流量的试验条件下,泥石流分别以不同的方式起动(沟床侵蚀型、滑坡流态化起动型、消防管起动型),同时结合实验过程中土体内部孔隙水压力及体积含水率变化特征的研究,详细还原了相应的泥石流起动全过程。试验数据的分析结果显示,在不同的起动方式下,土体内部的数据变化表现出不同的特征:其中,不同试验条件下的泥石流起动孔隙水压力呈现出规律性差异,即水槽坡度、径流量越大,泥石流所需的起动力越小;此外,坡度越大,土体所需的饱水时间越长,而在相同坡度下,流速越大,预饱水时间越短;研究还发现,泥石流的爆发时间与沟床坡度呈反比,并且径流量越大,泥石流持续时间也越长。基于实验结果,通过相似理论计算得到的泥石流起动流速,与实际情况一致,表明本的...     

沟床起动型泥石流预报研究

贵州省望谟县2011年6月6日暴发了特大山洪泥石流,其中暴雨中心所在的打易镇多处暴发泥石流。短历时强降雨激发了沟床起动类型的泥石流。本文通过对贵州望谟河流域群发泥石流的调查,得出该流域的66条沟中,22条沟无沟床起动类型泥石流暴发,25条沟暴发沟床起动类型泥石流,还有19条沟无法确定是否有沟床起动类型泥石流暴发。在前期工作基础上,提出了地质条件和降水条件因子的改进方法;并在前期工作的3大条件（地形条件、地质条件和降水条件）之间的关系基础上,由贵州望谟群发泥石流数据得出改进沟床起动类型泥石流的临界值,提出了泥石流的预报模型。本文模型在我国西南地区的泥石流验证中非常成功,为泥石流的预报提供了一个新方法。预报模型中的地形因子和地质因子还可以判断泥石流流域的暴发频率,为正确地判断泥石流流域的特征打下了基础。预报模型也可以估算泥石流的暴发规模,为定量地预测泥石流危害范围提供了依据。     

辽东浅滩潮流运动特征与沉积物输运

渤海东部的辽东浅滩是由一系列大致平行的线性沙脊和沙脊间沟槽共同组成的现代潮流地貌。根据辽东浅滩海域表层沉积物、脊-槽海流与悬浮泥沙同步观测和水深地形测量等资料,研究了沙脊和沟槽表层沉积物分布、海流及悬浮泥沙分布特征,分析了沉积物输运趋势,探讨了沙脊-沟槽地貌分布对潮流的响应。结果表明:辽东浅滩沙脊脊部表层沉积物为砂,沟槽表层沉积物为砂质粉砂和粉砂质砂,具有脊部粗、沟槽细的分布特征。受脊槽地形的控制,沙脊区潮流流速由表层至底层逐渐减小,沙脊脊部表层流速小于沟槽表层流速,而近底层则相反,沙脊脊部底层流速大于沟槽底层流速,其变化的临界深度约0.7 H(H为水深值)。沙脊区沉积物运移方向为NNE向,在一个潮周期内,沙脊脊部表层沉积物约有8.5~10.5 h可以被起动,而沟槽内沉积物只在高低潮流速较大的1h期间可以被起动。在长期的往复潮流作用下,沙脊脊部遭受侵蚀,沟槽淤积,沙脊逐渐退化,脊-槽高差减少,脊-槽地形趋于夷平,但沙脊退化的过程是缓慢的,目前的脊-槽地貌格局仍具有一定的稳定性。