推移质对水流阻力影响的定量研究

从挟带推移质的水流能量平衡方程出发，引入Meyer-Peter和Muller推移质输沙率公式，推导了挟带推移质的动平整床面阻力系数公式，实测资料对公式验证的结果表明，该公式具有一定的精度，可用于实际问题的计算。     

来沙条件对山区河流推移质输沙的影响

为研究山区河流推移质输沙规律,在西南山区吊嘎河进行推移质运动野外观测和人工加沙试验。观测发现,推移质输沙与水流条件并不存在一个特定的关系,山区河流推移质输沙明显受到来沙量、来沙强度、级配等条件的影响。在同样的水流条件下,推移质输沙率在汛前和第一次洪水后可能相差数百到上千倍,推移质输沙率-水流强度关系呈顺时针"绳套型"。试验表明,粒径较小的推移质颗粒(D20mm)运动主要决定于来沙条件,而粗颗粒泥沙的运动则主要依赖于水流条件。     

来沙条件对山区河流推移质输沙的影响

为研究山区河流推移质输沙规律,在西南山区吊嘎河进行推移质运动野外观测和人工加沙试验。观测发现,推移质输沙与水流条件并不存在一个特定的关系,山区河流推移质输沙明显受到来沙量、来沙强度、级配等条件的影响。在同样的水流条件下,推移质输沙率在汛前和第一次洪水后可能相差数百到上千倍,推移质输沙率-水流强度关系呈顺时针"绳套型"。试验表明,粒径较小的推移质颗粒(D<20mm)运动主要决定于来沙条件,而粗颗粒泥沙的运动则主要依赖于水流条件。     

两相流理论在挟沙水流流速分布和阻力求解中的应用

利用紊流条件下的固液两相流基本方程,结合推移质运动水流的概化模式,推导出定床和动床两种情况下明渠带推移质水流的流速分布和阻力系数公式。通过实测资料的计算,证明了理论分析的合理性。     

来沙条件对河床结构及推移质运动的影响过程

为了研究来沙条件对河床结构及推移质输沙率的影响过程,认识山区河流的推移质运动规律,选择在云南蒋家沟泥石流堆积体上进行野外试验。试验选择在非汛期进行,在试验河道采用人工加沙模拟上游来沙,对不同加沙率时的推移质输沙率及河床结构强度的变化过程进行连续监测。试验结果表明:上游来沙(或推移质运动)会使河床结构强度Sp降低,对河床结构造成危害,导致推移质输沙率的迅速增加;而推移质连续来沙必须先改变河道的河床结构强度才能增加推移质输沙率。在水流能量和河床结构强度相同的条件下,不同河流的推移质输沙运动相似。     

沙波附近紊流拟序结构特性初步研究

在底部为定床沙波的循环水槽中采用流场综合分析法将流动显示与计算机图像处理相结合进行系统实验研究，重点研究了紊流猝发形态和特性。分析表明：沙波床面对明渠紊流拟序结构的特性有重要影响。水流在沙波坡顶分离，沙波周围高于沙波顶部的流区为自由紊流区，低于沙波顶部的流区为沙波紊流区；在自由紊流区典型的剪切混合层也有显著的以喷射和清扫为主要特征的猝发现象；在沙波紊流区的沙波迎水坡面上水流分离，在背水坡附近产生漩涡；自由紊流区与沙波紊流区之间的紊流拟序结构不同，它们相互作用的结果产生了特有的泡漩现象；沙波紊流区和自由紊流区的紊流拟序结构和它们的相互作用对可冲积河流的水流与泥沙运动有决定性作用。     

山区河流河床结构对推移质输沙率的影响

河床结构是山区河流河床在洪水过程中达到较强阻力及较高河床稳定性时床面大颗粒的组合,对山区河流的推移质输沙起重要影响．引入河床结构强度S对山区河流河床结构进行定量化研究,使用河床结构测量设备对河床强度进行测量,采用类似于坑测法的子母双槽进行推移质输沙率实测,对云南小江流域的15条主要支流河床结构及推移质输沙进行野外实测,发现推移质输沙强度至少受单宽水流能量与河床结构发育程度共同影响,在同等级水流能量条件下,河床结构的发育程度越高的河流（或河段）其推移质输沙强度越小,河床强度值越小的河流（或河段）推移质输沙强度越大．单宽水流能量小于50kg／（m·S）、河床结构强度大于0.35时,推移质输沙率接近零．     

低佛氏数对冲式消力池紊流水流的数值模拟

采用RNG k-ε紊流模型和体积函数法(volume of fluid．VOF)追踪自由水面的方法，数值模拟了低佛汝德数对冲式消力池中的水流结构，并与试验进行了比较，结果显示其水流特性、断面流速、压力分布及自由水面位置与物理模型试验吻合良好，此成果有助于了解对冲式消力池的水流结构．为工程设计提供依据。     

双时间尺度紊流模型在工程中的应用

采用Kim双时间尺度紊流模型对闸后水跃和泄洪洞进口的水流结构进行模型，并与试验进行了比较，计算结果与试验资料基本一致，计算结果表明，双时间尺度紊流模型较标准的K-ε紊流模型有较大的改进。     

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.     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-A_p固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.     

平原细沙河流泥沙模型相似准则及设计方法

平原细沙河流的泥沙时而处于推移质运动状态,时而处于悬移质运动状态,悬移质和推移质不断地交换,很难将它们截然分开.针对平原细沙河流泥沙这一运动特点,提出了一种模拟平面细沙河流的相似准则和设计方法.认为平原细沙河流的泥沙模型设计所遵循的相似准则应包括水流运动相似、推移质运动相似和悬移质运动相似.在悬移质运动相似中可以只考虑床沙质运动相似.模型设计方法主要包括:如何合理选择模型河床质和床沙质,如何确定进口断面加沙量和放水时间等.应用提出的模型相似准则及方法设计了某泥沙模型,试验结果被设计采纳.     

光滑壁面明渠水流的三维格子玻耳兹曼模拟

明渠水流与泥沙运动、河床演变等问题密切相关,明渠水流特征的研究对于揭示明渠水流作用下的泥沙运动机理具有十分重要的意义.为此.应用新型数值模拟方法三维格子玻耳兹曼方法对明渠均匀流进行了研究.首先介绍了格子玻耳兹曼方法的理论基础、边界条件处理以及流动的驱动方式,接着分别模拟了明渠层流和光滑壁面紊流的近底水流运动.结果表明,得到的明渠层流流速和切应力分布与解析解吻合较好,同时较好地反映了光滑壁面明渠紊流的流速分区结构、紊动特性和阻力规律,从而说明格子玻耳兹曼方法在明渠水流模拟中具有较好的适用性,为进一步采用该方法研究明渠流近底泥沙颗粒运动机理奠定了基础.     

葛洲坝水利枢纽工程对宜昌河段水文水力特性的影响

根据葛洲坝水库蓄水前后宜昌水文站水文实测资料,分析了葛洲坝水利枢纽工程对宜昌河段水位-流量关系、断面形状和水位变化规律的影响.结果表明,葛洲坝水库蓄水后,宜昌河段水文水力特征变化符合惯性区理论,洪水波运动形式发生变化,坝前水流流速降低,水流挟沙能力和推移力下降,水库淤积现象加重,下泄水流中的含沙量下降,宜昌河段推移质输入减少,下泄水流对河道的冲刷能力增强,原有的冲淤平衡被打破,河床质变粗,断面形状不断变化,宜昌河段河床下切、水流能量增大、流速增大,同流量情况下的水位较天然河道有所下降.     

下渗对坡面流流态及动力学参数的影响

为了从理论上分析下渗对坡面流动力学参数的影响,基于Navier-Stokes方程,将坡面流视为平面恒定非均匀流,考虑下渗影响,推导出缓坡、陡坡坡面流断面速度分布,探讨了下渗对坡面流雷诺数、沿程阻力系数、滚波波幅的影响,基于相关试验资料对理论分析结果进行了验证.结果表明,缓坡条件下,坡面流流态为层流或紊流,试验过程中有必要区分初渗、稳渗阶段判别流态.陡坡条件下,不同下渗率及水深的坡面流均为紊流.坡面流黏性影响厚度接近水深或大于水深,不会产生类似明渠水流的外流势流区域.同时考虑下渗和表面张力作用,沿程阻力系数与雷诺数成反比.滚波波幅受水深、下渗率、水流运动黏度、坡降的影响.该研究结论为坡面水流运动特性试验研究及理论分析奠定了一定基础.     

河口推移质水道冲淤计算公式

在珠江三角洲横门出海水道的整治工程研究中，引进了一种计算以推移质造床为主的水道冲刷深度的方法，针对推移质造床的水流、泥沙特点，将推移质看作接近床面运动的浓度较高的悬移质来处理，并引进一综合参数来校正将推移质作为悬移质近似处理时造成的与实际情况的差异，通过物理模型实验的实测值得率定该参数。研究结果表明，该计算方法较好地反映了推移质引起的冲淤情况，较为准确地计算和模拟了推移质河床的冲淤数量与冲淤过程。     

宽坦式急流河道闸坝工程消力池模型试验研究

通过对具有代表性的某宽坦式急流河道闸坝工程进行水工模型试验,根据闸后水流特点,总结了该类工程消力池设计需要注意的重点.试验研究表明:为了确保推移质能够顺利地通过消力池随水流带往下游,尽量减少池内淤积,同时消力池出池水面与池后下游河道水面较好的衔接,宽坦式急流河道闸坝工程闸后消力池内水流消能不能太充分,消力池深度和长度不能太深和太长,使出池水流具有一定的能量,有利于排沙和与下游河道水面的自然衔接.试验成果可为具有相同工程特点的消力池优化提供借鉴.     

高含沙水流流动稳定性特征的研究

流动稳定性涉及较为宽广的研究领域和很多工程实际问题．层流转捩为紊流,是由于层流流动失稳所致,判断失稳与否,则采用稳定中性线和临界Reynolds数的标准加以判断,其对应的流动介质为清水,亦即单相的Newton流体,而对于江河中广泛存在的高含沙水流,在传统的流动稳定性理论中则没有讨论,该文就是补充这方面的不足．研究发现,对于高含沙水流等非Newton流体,层流转捩为紊流以及紊流溃灭再次转为层流,其不仅主要取决于惯性力与黏性力的比值—临界Reynolds数,而且还取决于这种非Newton流体中含沙量的大小、含沙量的分布形式、含沙颗粒粒径的大小以及含沙颗粒的重度等多种因素．研究结果为解释河流中的“浆河”现象、挟沙水流湍流强度及湍流结构的变化趋势提供了一些重要的学科依据．     

水流强度指标与推移质输沙率

在对以往各种水流强度指标进行综合、归纳的基础上,提出了水流强度指标的一般形式,由此推导出通过推移质输沙率公式,并利用７００多组实测水槽资料地公式中的系数进行了率定,与其他几个推移质输沙率公式比较表明,推导出的新新公式具有相当高的精度。