喀喇昆仑公路沿线地表水理化特征分析

研究喀喇昆仑公路沿线地表水环境基本特征,为公路改扩建施工中开展水环境保护提供支持.2008年9月-2009年10月在喀喇昆仑公路沿线的印度河、洪扎河和红其拉甫河采集地表径流样,分析了样品中pH值和悬移质浓度,现场监测了水体透明度.结果表明:所有样品的pH值介于6.7～7.5之间,悬移质浓度分布在0～1 841 mg·L-1之间,水体透明度在2～107 cm.公路沿线地表径流的pH值基本呈中性,pH值的变化受补给的冰川融水pH值的时空变化规律影响;地表径流中悬移质是影响水体透明度的主要因素.监测数据还显示,气温影响下的冰川融水径流形成的水文过程是悬移质时间变化的主要控制因素,3条河流中悬移质浓度存在明显的空间分布规律,其中红其拉甫河中上游河段水中悬移质浓度含量较低,是喀喇昆仑公路改扩建工程施工中水环境保护的重点河段.     

黄河中游支流悬移质粒度与含沙量、流量间的复杂关系

本文以黄河中游若干支流为例,研究了宽变幅水沙两相流河流悬移质泥沙的粒度特征。结果表明,宽变幅水沙两相流河流的悬移质泥沙粒度特征与含沙量、流量之间具有复杂的关系。就同一站点而言,随着含沙量和流量的增大,大于0.05mm的粗颗粒泥沙的百分比迅速减小,并达到最小值;当含沙量和流量进一步增大时,其百分比又迅速增大,表现出明显的双值关系。对于小于0.01mm细泥沙而言,情形正好相反。黄河中游不同的支流之间,悬移质泥沙粒度特征与年均含沙量的关系也是复杂的。这些变化图形可以用非高含沙水流与高含沙水流不同的物理力学行为来解释     

三门湾悬移质输运特征

三门湾为一典型半封闭强潮海湾,平均潮差4.25m,湾内外水沙交换剧烈。根据2003年在三门湾水文泥沙测验、分析结果,湾口附近N1、N2、N3站所构成的断面上:(1)从大潮到小潮,流速递减;从N1站向N3站流速增加;春季,大多数情况下涨潮流速大于落潮流速。而秋季,大多数情况下涨潮流速小于落潮流速。(2)春、秋季,大小潮期间N1、N2、N3三个站上平均悬移质浓度都是涨潮大于落潮;中潮期间这三个站上平均悬移质浓度都是涨潮小于落潮。     

Suspended load in flows on erodible bed

Steady state suspended-load of sediment transported in flow over erodible beds usually is treated by the advection-diffusion approach, though in recent years, it is being treated as a two-phase flow phenomenon incorporating kinetics of sediment particles. Among the advection-diffusion approaches, Rouse＇s equation is the well-known, although a number of researchers in later periods have attempted to improve it by modifying the mixing length concept taking into account other aspects. In this paper, the advection-diffusion approach and associated logarithmic law of flow velocity are revisited. It is concluded from the logarithmic law that the Reynolds shear stress is a linear function of height above the bed, which reduces to bed shear stress in the case of a long horizontal channel. As a consequence, it is shown that the volumetric concentration of sediment is best approximated by the sum of two power laws of height above the bed. An equation is derived for the suspended-load transport rate in terms of elementary functions.     

长江口水流挟沙力公式初步研究

本文根据泥沙运动理论和水流能量平衡原理,结合水流对泥沙的作用效果并分析了现有水流挟沙力公式的适用条件,通过实测资料的整理和研究,推导得出长江口水流挟沙力公式.结果表明,河口半潮平均挟沙力应考虑水流对悬移质的输送和对床沙中悬移质的上浮,同时还应考虑河口其它动力因素(如风、波浪等)及其各类动力过程的非线性作用效应对水流挟沙力的贡献.本文提出的公式从泥沙输运及悬浮的角度去分析河口水流挟沙力,从而有利于河口冲淤特性的分析研究.对长江口而言,洪季水流对泥沙的输运作用大于悬浮作用,落淤的可能性大于冲刷;而枯季水流对泥沙的作用则以悬浮为主,冲刷的可能性大于落淤,从另一侧面解释了长江口"洪淤枯冲"的现象.     

悬移质潮扩散的数值预测

结合有关经验公式,本文提出了考虑源、悬浮沙的沉降和再悬浮作用的二维悬浮沙潮流扩散数值模式,并利用ADI方法,在数值模拟潮流、水位场的同时,通过求解悬浮沙的二维扩散方程,预测埕岛油田开发工程排放悬浮物对周围海洋环境的影响程度。经分析表明计算效果良好。     

含沙量和悬沙粒径变化对长江宜昌-汉口河段年冲淤量的影响

依据三峡水库修建以前的资料,运用数理统计方法对含沙量和悬沙粒径变化对长江宜昌-汉口河段年冲淤量的影响进行研究,以期为三峡水库修建以后库下游河道冲淤特性的预测提供参考。建立了1980-1997年间宜昌-汉口#河段年冲淤量与宜昌站年均含沙量C宜昌之间的回归方程,据此估算出使宜昌-汉口#河段处于不冲不淤状态的宜昌站临界年均含沙量为0.734 kg/m3。以宜昌-汉口冲淤量作为因变量,以宜昌站的含沙量、悬沙中径D50、最大流量和三口分流比作为影响变量,建立了多元回归方程。基于1980-1997年资料的方程表明,宜昌站含沙量越高,悬沙中径越粗,宜昌站洪水流量越大,宜昌-汉口河段年淤积量越大;三口分流比越小,宜昌-汉口河段年淤积量越大。     

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。     

三峡建库后沙市—汉口河段悬移质分组冲淤变化规律

水库下游河道冲淤调整是一个长期复杂的过程,对防洪、航运、生态等均会产生一定影响。为探究长江中游沙市—汉口河段演变趋势并为不利变化的防控提供参考,分析了三峡建库后悬移质分组冲淤时空变化规律：建库后,沙市—监利河段各粒径组泥沙均发生冲刷,沙市流量为10 000～25 000 m³/s时,0.125～0.250 mm粒径组泥沙冲刷量最大;以0.125 mm为粗细颗粒分界粒径,监利—螺山段呈现汛期、蓄水期“粗淤”而枯水期、消落期“冲细”现象;螺山—汉口段各粒径组泥沙均发生冲刷,且流量越大冲刷量越大。在此基础上,通过建立流量—分组输沙量关系并根据水流挟沙力公式,发现建库后沙市—监利、螺山—汉口河段冲淤受泥沙、水力因素共同作用,其中泥沙因素对沙市—监利河段影响大于螺山—汉口河段;监利—螺山河段“淤粗冲细”主要受含沙量恢复程度的影响,与上游河床冲刷补给及本河段粗、细颗粒泥沙交换有关,反映了冲刷条件下河道通过水流挟沙能力级配调整加大输沙能力。