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.     

水沙交界面冲刷与淤积的同步性探讨

在悬沙与底床泥沙的交换过程中,冲刷的同时是否伴随着悬沙的淤积,这对于了解水沙交界面泥沙通量至关重要,冲刷和淤积的具体过程值得进一步探讨。本文分析总结了几个系列实验,包括经典的Krone、Mehta、Partheniades等的实验,并从近底泥沙通量的几个不同提法出发,分析各自所描述的冲刷和淤积过程,结合Sanford等在一些河口、海湾的分析,认为近底水沙交界面附近,不论非粘性粗颗粒泥沙还是粘性细颗粒泥沙,冲刷和淤积同时发生。利用再悬浮过程解释细颗粒泥沙冲刷与淤积过程同时发生的问题,从而进一步完善近底泥沙交换现象的物理图谱。     

典型潮汐水道悬沙浓度的潮控机理模拟分析

根据南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室2012年在南黄海辐射沙脊群西洋水道所获的全潮水文观测数据,分析了流速、悬沙浓度以及近底部切应力的时间变化序列.应用均衡态条件建立了悬沙浓度特征值模型,探讨了各个相关参数变化对悬沙浓度均衡态的影响.结果表明:(1)本研究区潮周期内的大部分时间近底部切应力大于沉积物临界起动切应力,再悬浮作用活跃;(2)给定初始悬沙浓度、沉降速率等参数,经过若干潮周期后悬沙浓度会达到均衡态,此时大小潮周期内侵蚀通量和沉降通量的总量相等,此后各个潮周期内悬沙浓度时间序列随潮相发生变化,但在相同潮相的情况下悬沙浓度显现出相同的时空分布;(3)若改变悬沙沉降速率大小而固定其余参数不变,则沉降速率越大,达到均衡态时的悬沙浓度特征值越低;(4)若改变再悬浮系数大小而固定其余参数不变,则再悬浮系数越大,达到均衡态时悬沙浓度特征值越高.因此,潮汐环境中的悬沙浓度特征值不仅受控于潮流的强弱,同时也受控于表层沉积物本身的性质(粒度和粘性,它们决定了沉降速率与再悬浮系数的大小).     

冲淤平衡状态下悬移质挟沙力级配的分析研究

基于泥沙运动的起动和止动条件分析了悬移质泥沙和床沙交换的内在机理，并根据这一机理推求了冲淤平衡状态下悬移质挟沙力级配的计算公式。经渭河实测资料验证，计算值与实测值基本相符，表明该计算公式具有良好的适用性，可在泥沙数学模型中参考应用。     

黄河下游游荡型河段挟沙力、阻力沿河宽分布的研究

对游荡型河流挟沙力、阻力沿河宽分布情况进行了研究。研究发现河道断面形态变幅较大是影响现 有二维挟沙力研究方法应用到游荡型河流中的主要原因;阻力沿河宽分布除河道断面形态影响之外,滩槽水 流差异也是不可忽略的。因此,引入反映河流断面形态变幅以及滩槽差异的因子,结合黄河水沙资料对现有 公式进行修正,得到适用于黄河下游游荡型河段的二维挟沙力、阻力公式。     

基于多元线性回归方法的水流挟沙力公式建立与验证

利用多元线性回归的方法,通过2549组水槽泥沙实验数据,建立包含水力与泥沙影响因子在一定组合形式下的水流挟沙力公式,并采用2850组天然河道的实测资料对建立的水流挟沙力公式进行分析验证,证实流速是挟沙力的重要影响因素,泥沙因子也不能忽视.然后比较分析水力坡度在挟沙力研究中的优劣,进一步分析水流挟沙力公式的简化形式,指出...     

葛洲坝水利枢纽下游近坝段二维水沙数值模拟

针对长江中游葛洲坝水利枢纽下游近坝段卵石夹沙河床级配分布宽等特点,应用非均匀悬沙、底沙二维数学模型,考虑底沙的不平衡输移及冲淤过程中床沙的级配调整问题,对计算中的关键环节如卵石夹沙河床水流的有效挟沙能力、非均匀沙起动概率及非均匀沙推移质输沙率的计算提出了处理方法,利用水文、泥沙及河床变形资料对该方法进行了葛洲坝水利枢纽运行后、1998年洪水前后及三峡工程运行后水面线、流速分布及冲淤过程的验证.结果表明,该方法可以应用于三峡工程运行初期河床演变预测研究.     

近岸海域水流挟沙力研究进展

 泥沙输运过程是研究海洋环境问题的一个基础课题，水流挟沙力是近岸海域泥沙输运研究的一个关键技术。通过对国内外海洋水流挟沙力研究成果的分析，分析了各类水流挟沙力公式应用的可能性和局限性，综述了波、流共同作用下的挟沙力研究进展。     

考虑水流紊动的丁坝下游回流区水流挟沙力研究

研究复杂流态下丁坝回流区水流挟沙力的变化规律,对于优化丁坝设置具有重要的意义.基于丁坝水流紊动实验所得主流区、回流正流区和回流负流区的水流紊动强度,利用水流切应力和流速的关系,建立了考虑水流紊动强度的丁坝回流区水流挟沙力公式.利用此公式解释丁坝后的淤积现象、三峡永久船闸上引航道口门区淤积以及桥墩后部漩涡冲刷现象,并给出不同紊动强度下主流区、正流区和负流区不淤流速.公式可用于回流河段泥沙数值模型中.     

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。     

Sediment dynamic responses of coastal salt marsh to typhoon “KAEMI” in Quanzhou Bay, Fujian Province, China

−In order to understand the mechanisms of coastal protection by salt marshes during typhoon events, in situ measurements of water level, tidal current speed and direction, and suspended sediment concentration (SSC) were carried out using Electromagnetic Current Meter (EMCM, AEM HR), miniature pressure sensor (MkV/D) and Seapoint Turbidity Meter (STM) sensor on a tidal flat in Quanzhou Bay, during the period when the typhoon “KAEMI” was passing through the region. The analysis of the data obtained shows that the near-bed current speed within the Spartina alterniflora marsh was generally below 5 cm s⁻¹, which was apparently smaller than on the adjacent bare flat (i.e. 5―30 cm s⁻¹). The change in the near-bed current speed in response to the typhoon event was not significant within the S. alterniflora marsh, but the current direction was influenced by the typhoon. The effect of the typhoon on the SSC was highly significant, with the SSC reaching 13 to 19 times the values on the bare flat or within the marsh under fair weather conditions; the near-bed SSC within the marsh was higher than on the bare flat, after the typhoon landed. The near-bed suspended sediment fluxes within the marsh and on the bare flat during the typhoon event were both enhanced, i.e., 4 times larger than under fair weather conditions. During the ebb, the bottom shear stress on the bare flat exceeded the critical shear stress for sediment motion for most of the ebb duration of the tide and, therefore, the bed sediment was eroding, with the erosion flux after the typhoon landed being around 2 to 3 times the value associated with fair weather conditions. In contrast, within the S. alterniflora marsh, the bottom shear stress was mostly lower than the critical shear stress for sediment motion, or lower than the critical shear stress for the maintenance of suspension; hence, the marsh surface was dominated by settling processes, with a settling flux during the typhoon being 3 to 6 times compared with the fair weather situations. The settling flux during the ebb was up to twice the magnitude for the flood. The comparison of sediment dynamic processes between the S. alterniflora marsh and the bare flat demonstrates that during the typhoon event the bare flat was dominated by erosion, whilst the presence of S. alterniflora favored the accretion of suspended sediment.     

基于分形模型的黏性沉积物侵蚀临界剪切应力及其验证

为在黏性沉积物表面侵蚀模型中考虑团粒粒径分布的影响,基于黏性沉积物团粒结构的分形模型,建立黏性沉积物表面侵蚀的临界剪切应力与团粒粒径及有效密度的理论关系。结果表明:黏性沉积物表面侵蚀的临界剪切应力是团粒粒径和有效密度的幂函数,幂函数的指数是黏性沉积物团粒分维的函数;与Kranenburg模型、Son模型相比,基于分形模型的临界剪切应力模型更加合理,与试验数据更加接近。     

河口闸下水动力与泥沙清淤问题的研究

为优化河口防潮闸下清淤工程方案,提出了以两相流方程描述底沙运动的理论模式,建立了泥质河口二维水流、泥沙数学模型,并优化独流减河口闸下清淤工程方案.对独流减河口闸下大、中、小潮潮位、流速、含沙量过程和海床演变进行了验证,计算分析了现状地形条件下闸下泄流能力,对宽浅型和窄深型两类清淤方案的不同清淤规模的泄流能力进行了计算模拟.讨论了不同清淤规模条件下泄流能力、清淤量、回淤量与回淤率的关系,给出了各工程方案的清淤效率指标.     

钻孔灌注桩桩底沉渣对桩承载性状影响

为了对沉渣影响桩的承载特性进行定量研究。根据现场检测试验资料,建立有桩底沉渣的钻孔灌注桩单桩桩土相互作用轴对称弹塑性有限元模型,从桩底沉渣厚度、物理特性以及长径比变化3个方面分析沉渣对桩承载性状影响进行研究。计算结果表明,沉渣的存在降低了桩极限承载力,沉渣厚度越大,沉渣对Q—S曲线影响也越大;当沉渣厚度大于300mm时,桩端阻力降低幅度明显;桩底沉渣一定程度上减少了桩身变形;在对桩底沉渣物理参数进行研究的结果表明,沉渣弹性模量和摩擦系数对桩极限承载力影响明显;长径比越大,桩底沉渣对桩承载力及沉降影响越小。根据上部荷载作用下沉渣变形特性分析,当沉渣性质较弱时,桩的破坏模式更多地表现为一种刺入剪切破坏,与现场测试结果一致。     

Dynamics of sediment resuspension and the conceptual schema of nutrient release in the large shallow Lake Taihu,China

On the basis of investigations in situ, it was found that mass exchange on the water-sediment interface occurred chiefly on the superficial sediment within 5-10 cm. The spatial physicochemical character of sediment was distributed uniformly. The observation of lake currents and waves indicated that the dynamic sources, which act on the interface of water and sediment, came mainly from waves under strong wind forcing, while the critical shear stresses     

加速度不对称波浪作用下的底部边界层动力特性

为了研究加速度不对称波浪对底部边界层的影响,建立加速度不对称波浪作用下的底部边界层数学模型,复演物理模型试验中的流速剖面、紊动强度和床面剪切应力,在此基础上探讨加速度不对称波浪边界层的动力特性。结果表明,波峰半周期内正向加速阶段的加速度比较大,引起较快的边界层发育、较大的流速梯度和较大的紊动能量,产生了正向的周期平均床面剪切应力;这些现象随加速度不对称系数的增大而更加明显;在振荡水槽中,加速度不对称波浪边界层内存在底部反向和顶部正向的时均流动,加速度不对称系数的增大会增强底部反向流速;在开敞水域中,时均流速在整个边界层内都是正向的,底部出现"流速外突"的现象,顶部流速趋于均匀分布,加速度不对称系数的增大会减弱底部正向流速。     

螺旋流冲沙与输沙

水土流失与泥沙淤积是一个普通性的问题,水库泥沙严重淤积的原因是上游无永久有效的水保措施而自身又无完善的冲沙与输沙的设施,压力缝隙螺旋流具有流速高,水层薄,切力大,流程长,以及有利的压力分面等特点,可被应用于中冲刷淤积泥沙,在２ｍ水头下,其浓度可达４００～９００ｋｇ／ｍ＾３水平管螺流可应用“抬托”泥沙,使推移质容易地转变悬移质,从而可大幅度低流速,减小能被;为高浓度,低能耗,远距离输送泥沙提供一种新