明渠非恒定流及输沙试验系统

为研究明渠非恒定流运动特性和输沙机理,建立了长20m,宽29.5cm,高40cm的水槽非恒定流实验系统。该系统包括变坡水槽、供水控制、水位和流速量测、推移质循环及测量5个部分。通过计算机控制生成设定的非恒定流过程;沿水槽架设的6个压力传感器监控沿水槽的水位变化;采用二维激光流速仪测量垂线流速分布。初步试验结果表明:该系统可以生成稳定可重复的非恒定流过程,得到包括水深、流量、流速及输沙率变化的大量非恒定流试验数据,为洪水波的运动特性及输沙特性研究奠定了基础。     

河口时变水流挟沙能力公式

为反映河口输沙随潮作非恒定变化的特性,提出了时变挟沙能力的公式。当潮流在加速(减速)过程中由挟沙过剩(不足)的非平衡态向挟沙不足(过剩)的非平衡态转化时存在临界平衡点,此时含沙质量浓度达到极大(小)值。据此机理从若干河口实测非恒定水沙过程提取平衡点数据,结合量纲分析建立河口时变挟沙能力的通用公式。该式与悬移质微分方程的时变体积分数协调一致,避免了半潮平均挟沙能力公式与不平衡输沙之间的矛盾。     

螺旋流输沙相似律探讨

本文从分析螺旋流流态入手，考虑泥沙的运动状态相似，讨论了螺旋流中均匀泥沙在有效重力和绕流阻力作用下成为悬移质的相似律，以及泥沙的起动相似和悬移相似的同一性问题；分析了螺旋流输沙过程中沿程阻力损失。它为螺旋流输沙的试验研究提供了可靠的理论依据。     

悬移质不平衡输沙模型的特征

为探求悬移质不平衡输沙过程中水流运动、泥沙输运及河床变形的相互作用机制,完善一维水沙数学模型的基本理论并使其具有更广泛的应用性,基于双曲系统特征理论及奇异摄动理论系统研究了一维悬移质不平衡输沙模型的特征值、特征向量及特征关系,并通过渐进展开方法推求了一维耦合水沙数学模型的特征值.研究结果表明:现有多数模型在特征上无法耦...     

伶仃洋二维非恒定非平衡输沙数学模型

本文采用贴体的正交曲线坐标下的水流运动方程及悬移质平衡输移方程等建立伶仃洋二维非恒定非平衡输沙数学模型。根据实测的泥沙级配资料,文中模拟20世纪70年代伶仃洋的泥沙特性（粘性泥沙与非粘性泥沙运输特性）。在该模型中的泥沙输运的冲淤函数,模型参数选取方面,参考已有的伶仃洋河口研究成果,引用国外成熟公式对模型进行了修订和进一步验证,使之更能反映内伶仃洋的水沙特性。并采用最新的实测地形资料和洪、枯两组水文组合条件进行模拟,将数值模拟结果与伶仃洋的水文站点的实测资料进行验证,其水流、泥沙运动验证精度基本都能达到规范要求。     

黄河下游河道输沙用水量研究

从上游来水来沙状态、下游河道输沙目标、下游河道水流输沙能力和水利枢纽调控调度4个层次分析了黄河下游河道输沙用水效率。根据1950－1997年期间的实测资料，分别讨论了黄河下游不同河段在自然、受控、复杂和异常状态下的输沙用水量。在各种状态下根据河道和输沙特性的差异，分别按照均衡和平衡输沙目标计算了下游河道输沙用水量。在设定输沙目标下，以年内不同时段水流挟沙能力为依据，对比了可能提高输沙用水效率的不同调控方案，例如在汛期或7－8月输送全年泥沙的方案等，以便减少黄河下游输沙用水量并缓解黄河水资源的紧张趋势。这些方案有可能通过水利工程枢纽的调控来实现，为此中给出了不同状态下均衡、平均输沙用水量可调控的阈值。     

长江大通站水沙过程的基本特征Ⅱ.输沙过程分析

长江入海泥沙丰富,对长江三角洲的发育、河口滩槽冲淤演变及开发治理有重要影响.大通站1953~2000年输沙序列的趋势分析和周期分析表明,虽然宜昌站输沙量和大通站径流序列无显著趋势变化,但是大通站的年输沙序列(尤其是汛期各月输沙序列)却呈现较显著的下降趋势,这主要与洞庭湖、鄱阳湖及江汉湖群淤积等因素有关.由于流域产沙区主要集中于上游地区,上、中、下游的产沙效应有很大差异,因此,水沙情势相吻合的年份仅有三成.月输沙更加集中于汛期,5~10月的输沙量占全年的87.7%.关于洪枯季的输沙匹配状况也作了初步分析.     

推移质低输沙率

针对泥沙运动统计理论建立的推移质低输沙率公式进行了系统的描述,讨论了以拖曳力和平均流速为主要参数的两类推移质输沙率公式.指出了两类公式存在的问题.在揭示推移质输沙机理的基础上,提出影响输沙率大小的主要因素是泥沙输移的强度效应和速度效应.尽管各类输沙率公式都可以归结为这两个因素的共同作用,但只有考虑泥沙运动的随机因素才能正确概括泥沙起动时的低输沙率过程,才能明确起动时低输沙率的物理机理.     

风速及碰撞恢复系数对风沙流输沙率沿流向变化规律的影响

利用数值方法模拟研究了双流体模型中风速和碰撞恢复系数对风沙运动的影响。结果表明：在相同风速下,沙粒粒径越大其输沙率饱和值越大,饱和距离越长;在相同粒径下,风速越大其输沙率饱和值越大,饱和距离越大。当碰撞恢复系数不同时,输沙率沿流向的变化趋势相同,碰撞恢复系数越大,输沙率饱和距离越短;碰撞恢复系数相同时,粒径越大,风沙流输沙率饱和距离越长。     

风速及碰撞系数对风沙流输沙率沿流向变化规律的影响

利用数值方法模拟研究了双流体模型中风速和碰撞恢复系数对风沙运动的影响。结果表明:在相同风速下,沙粒粒径越大,其输沙率饱和值越大,饱和距离越长;在相同粒径下,风速越大其输沙率饱和值越大,饱和距离越大。当碰撞恢复系数不同时,输沙率沿流向的变化趋势相同,碰撞恢复系数越大,输沙率饱和距离越短;碰撞恢复系数相同时,粒径越大,风沙流输沙率饱和距离越长。     

高频测量输沙浓度对湍流脉动的频率响应

为揭示风沙流中输沙浓度对湍流脉动的响应频率,在边界层风洞中对不同粒径沙样进行了两相同步测量.采用高速数字相机以2 000帧/s拍摄跃移粒子连续图像以计算瞬时输沙浓度,配合热线风速仪同步记录跃移层内的湍流脉动.结果表明,沙粒瞬时浓度变化呈典型的随机过程,其频谱规律表明输沙浓度只能响应含能较高的低频湍流脉动.引入小波包变换分析两相数据的能量结构,结果显示沙粒浓度的能量波动约有90%集中在500 Hz内的低频段.输沙浓度对湍流脉动的响应频率受粒子尺寸的影响,对于100～125μm的小粒径沙样,阈值响应频率约为40 Hz,对于300～500μm的大粒径沙样,响应频率约为30 Hz.     

平衡输沙条件下非均匀推移质运动特性

考虑床沙特性以及颗粒暴露度对非均匀沙运动的影响,根据滚动平衡关系,提出了非均匀沙起动流速公式,利用实测资料分析了附加阻力系数的特点,并得到其数学表达式.通过对非均匀泥沙颗粒运动方程的分析,导出了非均匀沙临界起动希尔兹参数的数学表达式,从而从理论上解释了非均匀沙颗粒与均匀沙起动的不同之处(粗颗粒较同等粒径均匀沙容易起动,细颗粒则与之相反).分析了非均匀沙颗粒随水流运动的特点,指出非均匀沙颗粒运动与其所处的床面条件具有直接的关系,床面条件不同,运动也将呈现不同的特点.最后建立了平衡输沙条件下非均匀推移质分组输沙率公式,公式的计算值与实测资料吻合较好,并且能够用来计算均匀沙推移质输沙率,具有广泛的通用性.     

基于泥沙随机交换过程及不同推移形式的推移质输沙公式

针对推移质输沙率公式难以兼顾高、低输沙强度计算的不足，提出结构上考虑推移质泥沙滑移及跃移特征的输沙率计算公式.基于无后效Markov随机理论，通过改进泥沙状态转化概率矩阵，优化了泥沙随机交换过程的描述.综合考虑床面遮蔽、水流脉动特征及床面泥沙运动特征的影响，从理论受力分析及概率统计角度，确定了床面推移质泥沙数量.通过引入推移质泥沙滑动、跃移平均运动速度，建立基于泥沙随机交换过程及不同推移形式的推移质输沙公式.最终计算结果与不同输沙强度下的试验及现场实测结果吻合较好，表明公式能兼顾高、低推移质输沙强度的计算，可应用于工程分析.     

泥沙粒径对推移质输沙率的影响

根据近1000组推移质输沙试验资料，用多元回归的方法就泥沙粒径对推移质输沙率影响的问题进行了研究。结论为：当无因次粒径较小时，随无因次粒径的增大输沙率减小；而当无因次粒径较大时，输沙率与无因次粒径无关。并给出了一个考虑泥沙粒径影响的推移质输沙率公式。     

入库洪水还原计算

本文提出水库入库断面洪水还原的不恒定流迭代解法，及其在不同条件下的简化方法，与目前常用的水量平衡法相比，具有理论上比较严格，计算中便于应用程序式计算器的优点。本文是丰满水库汇流研究的一部分．     

我国河流输沙对海岸和大陆架沉积的影响

我国现代海岸跨越构造沉降带和隆起带。据统计,在沉降带海岸入海的河流,其输沙量占我国人海河流输沙总量的90%以上,而在隆起带沿岸入海者,其输入量不足10%。沉降带沿岸以潮坪沉积为主,并出现巨厚的第四系沉积层;隆起带沿岸主要为海滩砂砾质沉积及与之相伴生的风成沉积,只在大河细粒物质沿岸运移所及之处,才形成潮坪沉积,且第四纪沉积层较薄,原地沉积物呈斑块状分布。东海和南海所接受的河流输沙量较少,异地沉积虽占据相当的范围,但原地沉积分布较广,并构成连续的沉积带。大河输沙通过海洋因素的搬运而沉积于相邻的小河口内,并构成堆积体,这是通过海、河泥沙交换,河流沉积物影响海岸沉积的另一个重要途径。在我国沿岸尚未发现主要由大陆架直接来沙产生的河口海岸沉积体。     

卵砾石河流推移质输沙率的模拟计算方法

根据山区和丘陵地区卵砾石河流的情况,提出对梅叶－彼得推移质输沙公式进行修正,使用式（８）的泥沙起动切应力公式,在分析的基础上提出粗细泥沙颗粒的隐曝系数公式和考虑水流床面切应力随机分布的计算方法,用以估计这类河流的推移质输沙率．经长江上水文站的实测资料检验与河道泥沙数模的应用,能满足工程计算的需要,取得较好效果,可作为这类河流中计算推移质输沙率的参考．     

长江河口及其邻近海域的自然环境

本文概述了长江河口演变过程和水下三角洲酌形成机理,河口地区潮汐作用、波浪作用和近岸流系的性质以及长江口外淡水扩散及其对邻近海域的影响等问题。本文还讨论了长江河口环流类型和特征、最大浑浊带分布及其变化、潮滩和水下三角洲的发育以及河口地区生物与环境的关系等。根据上述多方面环境因子的分析并进行汇总,作者对长江河口及其邻近海域的自然环境特征作出了评价。     

植被覆盖条件下地表输沙率模型

在总结已有植被覆盖条件下地表输沙率模型研究成果的基础上，引入了三个描述植被特征的物理量：植被覆盖率、植被侧影盖度和植被排列系数，通过理论分析，推导出以上述三个物理量为变量的地表输沙率模型，并通过风洞实验得到验证．结果表明，该模型能够正确反映植被条件对于地表输沙率的影响，对于干旱半干旱地区的植被恢复具有理论指导意义．     

长江河口及其邻近海域的自然环境

本文概述了长江河口演变过程和水下三角洲的形成机理,河口地区潮汐作用、波浪作用和近岸流系的性质以及长江口外淡水扩散及其对邻近海域的影响等问题。本文还讨论了长江河口环流类型和特征、最大浑浊带分布及其变化、潮滩和水下三角洲的发育以及河口地区生物与环境的关系等。根据上述多方面环境因子的分析并进行汇总,作者对长江河口及其邻近海域的自然环境特征作出了评价。