悬移质含沙量的垂线分布规律探讨

初步探讨了二元明渠紊流扩散的时均结构和悬移质含沙量的垂线分布规律。研究结果表明，紊流垂向扩散系数的分布自边界附近向水面逐渐增大，在水面附近达到最大值；建立的含沙量垂线分布与近年来实测得到的水流脉动强度的生垂线分布规律相同，即最大值位于临底附近，由此向水面附近逐渐衰减但不等于零，向床面层快速快速衰减趋向于零；悬浮指标在垂线上是一个变量。     

基于含沙紊动水流掺混长度的含沙量垂线分布

根据Prandtl掺混长度理论对紊流动量传递的假设,推广得到挟沙水流中泥沙扩散对应的含沙紊动水流掺混长度。类比Prandtl动量传递系数与紊流掺混长度的关系,由含沙紊动水流掺混长度推导出与实测数据吻合较好的泥沙扩散系数,得到新的含沙量垂线分布公式,并利用多个海域实测资料对其进行验证。验证结果表明,新的含沙量垂线分布公式能够较客观地反映含沙量垂线分布规律。     

挟沙水流悬移质运动效率系数的研究

悬移质运动效率系数是泥沙悬浮运动消耗能量(悬浮功)与挟沙水流紊动能量之比值,它是反映悬移质运动能量功效最重要的特征参数.本文基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,在二维、恒定、均匀及充分紊动的流态条件下,经过必要的推导和简化,得出悬移质运动效率系数理论表达式;通过应用黄河下游实测资料,对效率系数公式进行验证计算,结果表明效率系数公式计算值与实测值相符较好;进一步应用黄河下游实测资料,建立了效率系数与水流挟沙能力之间的关系,说明随着含沙浓度的增加,水流挟沙能力相应加大,效率系数呈下降趋势,并趋于一个稳定的低值范围,含沙浓度进一步增加不会给水流增添额外的能量负担,为黄河挟沙水流高效输送提供了科学依据;同时效率系数公式的导出为建立挟沙水流挟沙能力公式、揭示输沙机理奠定了基础.     

泥沙在紊动状态下的垂向分布及其对氨氮吸附影响

泥沙是自然水体中污染物的主要载体,在吸附作用下,泥沙成为污染物的“汇”。泥沙的沉降、悬扬对于污染物的迁移和输运有着重要的影响。本文以三峡库区表层泥沙为研究对象,在自研的沉降柱中进行了不同紊动条件下的泥沙的垂向分布研究,对准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型对吸附过程的拟合效果进行了对比。结果显示：（1）水体中的悬浮泥沙受多种因素影响,不同紊动强度、泥沙投加量以及不同深度下泥沙的分布有所差异;（2）泥沙对氨氮的吸附受泥沙垂向分布的影响,紊动强度及含沙量的改变会使得泥沙对氨氮的吸附过程及总吸附量发生改变;（3）准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型都能够对紊动状态下泥沙吸附氨氮过程进行拟合,但不同模型对吸附变化的判断及趋势的预估有所不同。     

紊动对黏性泥沙絮凝沉降影响的实验研究

在圆柱形沉降筒中利用多层格栅产生近似各向同性紊流场,研究盐水和淡水中紊动对黏性泥沙絮凝沉降的影响,分析絮团粒径、体积含量和泥沙浓度变化.研究结果表明:在相同剪切率条件下,和在淡水中相比,盐水中黏性泥沙絮凝时间缩短,絮团粒径增加,然而盐度对絮团体积含量影响并不明显;最大絮团粒径随着紊动剪切率的增加先增大后减少,最大絮团粒径对应的紊动剪切率在盐水中为20.8,s-1,淡水中为15.6,s-1;随着紊动剪切率的增加,水体中泥沙平衡浓度增大,达到平衡所需要的时间缩短.     

黄河中游龙潼河段一维悬移质泥沙数学模型

建立了适用于黄河中游龙潼河段的一维悬移质泥沙数学模型。利用十年实测水沙资料进行了验证计算，结果表明，实测冲淤量与计算值基本相符。本模型可用于预测不同减水减沙情况下的泥沙冲淤调整过程。     

澜沧江流域中下游悬移质泥沙粒度特征及分形研究

采集澜沧江中下游干支流28个悬移质泥沙样品,运用LISST-100X型激光粒度分析仪进行粒度分析,计算粒度参数及粒度分维值(D)并探究两者关系.结果表明：(1)悬沙以粉砂、砂粒为主,黏粒次之,分别约占48.92%、45.06%、6.02%;(2)梯级电站下,干流悬移质呈现坝上平均粒径高于坝下,分选变差的趋势;(3)分维值介于2.001 7～2.5383之间,粒径小于x的范围累积频率与粒径为x的泥沙颗粒数目对数值拟合优度好,R²大于0.92,泥沙粒度具分形性;(4)分维值与黏粒体积分数、平均粒径及分选系数呈极显著线性相关(p<0.01),复相关系数分别为0.856 8、-0.796 5、0.751 3.研究结果揭示了澜沧江流域悬移质泥沙粒度及分形特征,为澜沧江水沙环境管理提供基础数据与科学支撑.     

基于两相紊流模型的悬移质泥沙运动数值模拟

为了研究河流海岸工程中悬移质泥沙运动,建立了两相流紊流的数值模型。考虑相间相对运动的影响,水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,雷诺方程采用κ-ε-Ap紊流模型封闭。基于有限体积法的思想,利用具有三阶精度的QUICK格式对流项处理,采用TDMA迭代方法离散方程组求解。应用该模型,计算了明渠恒定均匀流动中泥沙的垂直浓度分布。计算结果与Coleman的实验结果吻合很好,且比经典的Rouse公式更加符合实际情况。     

基于两相紊流模型的悬移质泥沙运动数值模拟

为了研究河流海岸工程中悬移质泥沙运动,建立了一个两相流紊流的数值模型。考虑了相间相对运动的影响,水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,雷诺方程采用κ-ε-Ap紊流模型封闭。基于有限体积法的思想,利用了具有三阶精度的QUICK格式对流项处理,采用TDMA迭代方法离散方程组求解。应用该模型,计算了明渠恒定均匀流动中泥沙的垂直浓度分布。计算结果与Coleman的实验结果吻合很好,且比经典的Rouse公式更加符合实际情况。     

基于对数线性流速分布的含沙量垂线分布

为解决河口海岸地区非恒定流条件下的流速剖面常偏离传统的对数流速分布问题,以对数线性流速分布为基础,推导出动量交换系数,并基于扩散理论得出含沙量垂线分布公式。利用长江口及杭州湾金山海域各层含沙量实测资料对含沙量垂线分布公式进行验证,结果表明,该公式不仅克服了Rouse公式表面水体含沙量为零的缺点,而且在整个水深上与实测含沙量吻合得更好,能够较好地反映河口海岸地区含沙量垂线分布特征。     

近岸悬沙质量浓度垂向分布公式

为解决现有悬沙质量浓度分布公式积分难的问题,基于流速幂函数及摩阻流速推导出一个近岸流速垂向分布公式,并结合悬沙扩散方程推导出平衡状态下可有效避免Rouse公式在水表面为零的不合理性的悬沙质量浓度分布公式。近岸水文及泥沙实测资料验证分析结果表明：该流速、悬沙质量浓度分布公式具有较高的准确性;根据流速、悬沙质量浓度分布公式推导的悬沙输沙率公式可由初等函数表示,并能有效解决爱因斯坦方法积分难的问题。     

明渠水流泥沙含量垂线分布规律的研究

在分析泥沙颗粒含量分布特性的基础上,指出扩散理论能较好地描述主流区的泥沙含量分布规律,但在近底流区由于泥沙碰撞切应力的存在,使得扩散理论不能解释此区域的泥沙含量分布规律.进而在引入颗粒碰撞扩散的基础上,对泥沙颗粒扩散理论进行修正,从而在理论上得到了挟沙水流泥沙含量分布规律的公式.与实测资料对比表明,该公式能更好地描述包含主流区与近底流区在内的泥沙含量分布规律.     

长江口北槽下游河道悬沙浓度垂向分布特征研究

根据2013年10月26日至11月9日在长江口北槽下游河道从小潮到大潮连续14 d的现场定点水沙观测数据,对北槽下游河道悬沙浓度的垂向分布特征进行了研究,并探讨了盐度梯度和流速大小潮变化对悬沙浓度分布的影响.结果表明,北槽下游河道的水动力条件存在显著的大小潮差异,小潮具有流速弱、悬沙浓度低、盐度梯度大、盐度分层显著的特点,而大潮则具有流速强、悬沙浓度高、盐淡水混合程度高、盐度分层弱的动力特点.受较大盐度梯度和弱流速的影响,小潮期间的悬沙浓度分布主要为阶梯型和L型,强盐度密度分层使悬沙难以扩散到水体表层,高浓度悬沙仅出现在水体中下部.在强流速和弱盐度分层的影响下,大潮期间的悬沙浓度分布主要为线性分布,悬沙能够扩散到水体表层,盐度密度分层对悬沙浓度分布的影响显著削弱,在落潮后期悬沙浓度分布表现为典型的垂线型分布,悬沙在水体中充分混合.研究表明,小潮和大潮的悬沙浓度分布基本偏离Rouse分布,仅在小潮落憩时刻符合.在大潮期间,实测的线性分布都很好地符合Soulsby公式,利用该公式能够很准确地预测这些浓度分布.     

颗粒浑液浓度的光学测量方法

在理论与实践相符合原则的指导下,从广义的Lambert-Beer定律出发,提出颗粒浑液浓度光学测量中光密度非线性校正问题的解决方法;使用沉降粒径指标,解决了颗粒浑液浓度测量受颗粒粒径影响的难题;此外,对混合颗粒消光系数的合理处理进行了尝试。这些问题的解决是台式光电泥沙分析仪研制成功的关键。     

基于方程的河口海岸水域泥沙垂线浓度分析

在Rouse方程的基础上,结合统计学方法将泥沙质量浓度看作随机变量,选取自变量ln(h-z)/z,lnCa/ρx及lnu2/gd,采用多元线性回归方法分析各自变量对泥沙质量浓度垂向分布的影响,并检验它们对泥沙浓度垂向分布的影响程度.计算结果表明,该方法能够反映复杂动力条件下海安湾细颗粒泥沙质量浓度垂向分布的特征.     

基于分数阶对流扩散方程的悬沙垂向分布

为模拟荆江河段的悬移质含沙量在近底区域内异常偏高的分布特性,对比分析了平衡态方程(Rouse公式)、非平衡态方程(韩其为公式)和分数阶方程在描述荆江河段次饱和悬沙垂向分布的适用性。分析结果表明:平衡态方程不能描述强次饱和态悬移质含沙量的垂向分布特性,非平衡态方程在水深大部分区域应用较好但不适用于近底区域,分数阶方程可以较好地描述强次饱和水体含沙量在全部水深区域包括近底层的异常变化,但对公式中新出现的分数阶参数需合理取值。     

遥感在近岸水体悬浮物质提取中的应用

对遥感数据在海岸带水体悬浮物质提取中的应用进行了简单的论述 ,介绍了悬浮物质遥感监测一般原理 ,提出了目前存在问题及发展方向 .     

挟沙水流速度与含沙量垂向分布关系探讨

采用数据拟合构造的挟沙水流掺混长度,结合Prandtl掺混长度理论,得到新的挟沙水流流速分布。类比动量传递系数表达式与掺混长度的关系,结合挟沙水流流速分布公式,得到新的含沙量垂线分布公式。分别利用水槽及河道实测资料验证,结果表明流速公式与含沙量公式可以客观准确地描述流速、含沙量垂向变化规律,对含沙量有更高的精度。误差分析表明:近底层流速误差较大,说明底部边界层的选取与判别仍需深入探究;近表层含沙量误差较大,说明含沙量参考点的选取在理论上仍需研究,以摆脱其随机影响。