流域泥沙输移比研究进展

基于对已有泥沙输移比相关研究的总结,探讨了泥沙输移比的定义和作用。根据泥沙输移比的内涵,结合影响泥沙输移比的因素,分析了泥沙输移比的计算方法。基于国内外泥沙输移比计算的实例,总结了主要流域泥沙输移比数值的变化范围。目前泥沙输移比计算仍以对流域侵蚀和输移数据的统计分析为主,由于对泥沙输移比的理解有所不同,不同研究获得的计算公式形式多样,且往往针对具体的研究区域,适用性差。如何构建适用局部较大区域的泥沙输移比计算公式仍是今后需要解决的难题之一。     

一维全沙泥沙输移数学模型及其应用

研究一维全沙泥沙输移(悬移质泥沙和推移质泥沙)数学模型及其应用．中对比了国内外常用模型的特点,结合笔在一维全沙泥沙输移数学模型计算中的经验,分析各模型的差异,特别是针对模型中有关参数的选择进行讨论和分析,在此基础上建立一维全沙泥沙输移数学模型SFST—1D．并将该模型分别应用于深圳河治理环境评价、波迪一科西工程沉沙池计算等工程实例之中。     

平面二维全沙泥沙输移数学模型及其应用

研究了平面二维全沙泥沙输移(悬移质泥沙和推移质泥沙)的数学模型及其应用．中对比了国内外常用模型的特点,结合笔在平面二维全沙泥沙输移数学模型中的计算经验,分析各自模型的差异,特别是针对模型的数值计算方法及湍流模型的应用进行分析和说明,在此基础上建立平面二维全沙泥沙输移数学模型SFST—2D．并将该模型分别应用于长江三峡工程坝区泥沙计算、波迪一。科西工程水库内淤积及下游冲刷等工程实例的研究中。     

伶仃洋西槽洪季水沙纵向输移机制研究

根据2003年实测数据,运用物质纵向输移模式计算了丰水大潮期伶仃洋西槽的水量和泥沙纵向输移量,研究了伶仃洋西槽洪季水沙纵向输移机制及水量输移特征,并针对泥沙输移特征,用底层流速和含沙量的相位变化以及表底层盐度的变化对悬沙输移机制进行了分析.结果表明:伶仃洋西槽垂向环流发育,泥沙输移特征明显;径流、潮流变形以及盐淡水异重流是形成西槽水量输移的主要原因;潮流不对称性和底层泥沙再悬浮对潮汐捕集输沙的贡献明显,盐淡水混合和纵向水体梯度对垂向净环流输沙的贡献明显.     

江苏辐射沙洲海域悬浮泥沙输运分析

根据辐射沙洲邻近主水道和中心沙洲滩面水道33个站点的水深、潮流和水体含沙量同步实测资料,运用悬沙输移机制分解方法,计算了各站位所在水道断面全潮平均单宽悬移质通量、涨潮平均单宽悬移质通量、落潮平均单宽悬移质通量大小及其方向;并对相应悬沙输移的基本路径进行了分析。对各断面潮平均悬沙通量进行了估算,确定了辐射沙洲腹地邻近水道的悬沙净进入断面和净输出断面;辐射沙洲悬沙输移具有以辐射沙洲条子泥滩地为中心的辐聚辐散运移规律;悬浮泥沙净输移在沙洲腹地有逆时针循环运移特征。从东南过来的东海前进潮波潮流携带的泥沙主要沿条渔港水道以及向条子泥腹地输移,并在条子泥沙脊附近与其他方向的来潮来沙相汇,因此条子泥沙滩存在着淤长的动力因素和泥沙条件。     

波浪作用下的泥沙问题研究进展

波浪作用下的各种泥沙问题是近年来海岸(上)工程经常遇到的问题,其国内外的研究成果也较多.文章从最基本的泥沙问题--泥沙分类标准入手,综述了国内外对波浪作用下一些泥沙基本问题,包括:海岸泥沙的分类标准、波浪作用下的泥沙起动、床面变形、泥沙输移以及坡面泥沙起动等,为今后研究波浪作用下的泥沙问题提供了一些参考.     

长江河口潮滩悬浮泥沙输移规律研究进展

通过阅读和研究大量有关文献，对长江口潮滩悬移泥沙的输移规律有了较全面的了解．目前，长江口潮滩、潮沟、以及两者之间的悬浮泥沙输移基本规律的研究已经比较深入，但对于动力过程的探讨仍然局限在少数几个因子，而悬浮泥沙对重金属、氮、磷等营养元素吸附的研究则刚刚开始．由于在潮滩上获取实测资料的难度较大，使潮沟构成的微地貌系统动力结构和悬浮泥沙运动的研究不足，因此，需要在浅层测流的基础上，进一步探讨其规律。     

长江河口表层沉积物输移特征分析

基于聚类分析和Gao-Colliins粒径趋势分析模型对长江口948个表层沉积物样品的特征及输移进行研究,结果表明:长江口表层沉积物的变化可划分为3类:第一类沉积物以粉砂为主,主要分布在长江口外东南方向10~40 m等深线以浅区。第二类沉积物主要以粉砂质砂、砂质粉砂为主,主要分布在长江口苏北沿岸以东海域20~40 m等深线之间。第三类沉积物以细砂、中细砂为主,分布区域主要在苏北沿岸地区。长江口外沉积物整体的输移趋势大致可分为沿岸向南和朝口外偏东北两个方向。长江北支出口附近沉积物有向河口内输移的趋势,北支口外20~40 m等深线之间有来自苏北沿岸、外海陆架的来沙在此汇聚后转向东北方向输移。南、北港口外受径流、沿岸流的影响大部分沿岸向南输移,另一部分向外海陆架输移,并在10 m等深线处部分泥沙输移趋势逆时针偏向东北,在研究区域东北角存在有陆架向河口的输移趋势。     

河流网泥沙输移的全周期动力学模型

在前期研究的基础上,依据黄河流域水沙变化特点,建立能够长时间反映河网上冲淤和水流携沙能力反馈调节规律的泥沙输移网络动力学模型.通过合理设值将黄河枯水期模型与丰水期模型进行连接,得到能够体现枯水、丰水周期更替的全周期模型.计算结果与河网上实测数据的比对,检验了模型的合理性,利用该模型可进一步研究黄河泥沙输移特点.     

考虑水沙和风沙过程的海滩-沙丘系统耦合演变数学模型研究综述

海滩-沙丘系统耦合演变数学模型同时考虑近岸水沙和风沙过程，可以更好地预测砂质海岸在更大空间尺度上的地貌形态演变，为海岸带保护修复和综合管理提供依据。从概念模型、基于水沙过程的海岸地貌演变模型、海岸风沙输移模型、水沙-风沙耦合模型4个方面概述了海滩-沙丘系统耦合演变数学模型的研究进展。现有海滩-沙丘系统耦合演变数学模型可以模拟风暴作用下的海滩-沙丘侵蚀和泥沙交换、供应限制条件下的风沙输移和沙丘发育等物理过程，并初步具备多年时间尺度上的模拟能力，但在适用性、准确性和计算效率等方面仍存在不足，提出该类模型关键物理/生物过程的考虑、计算效率的提高、空间维度的拓展和实际应用的检验等今后的发展方向。     

卵石夹沙河流动床泥沙数学模型研究

根据丘陵和山区卵砾石河流在水文泥沙,地质地貌方面的特点,将水流阻力划分为河床阻力,岸壁阻力与河道形态阻力,给出了相应阻力系数的模拟计算方法。除进行水流中悬移质和推移质运动的模拟外,还将河床划分为河床交换层,扰动层等四层。考虑河床表层中各组泥沙的起动及其隐曝系数、起动概率、可能的供应量对输移泥沙的制约作用,引用了河床交换层中的泥沙连续方程。模型用川江河道与水槽试验的资料进行检验,表明能较好地模拟这类河流的水流、泥沙输移与河床泥沙的冲淤,可满足一般水利水电工程设计研究的需要。     

平直缓坡上破波带内污染物输移速度实验研究

破波带内是接受海陆交接处污染物最多的区域,掌握破波带内污染物输移规律尤为重要.为此,通过实验,研究了平直斜坡上破波带内污染物在沿岸方向与垂直岸线方向的输移规律.实验采用的入射波分为规则波和随机波,主要分析了这两种入射波情况下入射波高、周期对污染物沿岸方向输移速度的影响;垂直岸线方向输移速度Vdx与沿岸方向输移速度Vdy比值关系;污染物沿岸方向输移速度与时均沿岸流最大值的比值.污染物在破波带内输移速度通过追踪污染团浓度等值线的额点来获得.结果表明,规则波和不规则波情况,污染物沿岸方向输移速度随着入射波周期和波高的增大而增大,污染物基本都有向岸线方向输移的趋势;规则波情况下,|Vdx|/|Vdy|在0.04～0.11范围内,不规则波情况,则在0.11～0.29范围内.污染团向岸线方向输移速度不规则波情况比规则波情况时大;规则波情况下,污染物沿岸方向输移速度约为时均沿岸流最大值的36%～90%,而不规则波情况下,则为61%～75%.     

水体悬浮泥沙动态监测的遥感反演模型对比分析——以鄱阳湖为例

水体泥沙是进行水环境监测及研究与泥沙输移有关的侵蚀、沉积过程所带来的灾害问题的关键因素,实现悬浮泥沙遥感定量动态监测的关键在于建立合适的反演模型。采用实测光谱模拟TM/ETM 和MERIS数据,对比分析了单波段和波段比值遥感因子构建的5种常用的经验半经验模型。结果表明,以MERIS第7波段遥感反射率为遥感因子建立的对数模型最适宜鄱阳湖地区悬浮泥沙的动态监测。     

三峡水库至坝下游粗细颗粒泥沙输移特性与驱动机制

流域人类活动的增强,深刻影响了河流水文与地貌形态演变过程及发展趋势.三峡大坝作为全球最大的水电工程,其运行对下游水沙通量、泥沙输移、地貌形态等的影响引起了广泛关注.通过1990～2021年三峡水库蓄水对泥沙分选及下游泥沙输移过程影响的研究,加深了人类活动对河流水沙-地貌系统演变的认识.研究结果表明：三峡水库拦蓄了上游流域76.33%的沙量进入大坝下游,细颗粒(d≤0.125mm)和粗颗粒(d>0.125mm)沙量排沙比低于25.0%(24.26%和11.69%);2003年以来三峡大坝下游河段总沙量、细颗粒泥沙沿程得到恢复,其恢复量值低于蓄水前(1990～2002年)平均值;三峡水库运行改变了库区水位及流量过程,库区水位抬升降低了总沙量、粗颗粒及细颗粒泥沙排沙比,汛期(5～10月)入库流量大于30 000m³/s天数多的年份细颗粒泥沙排沙比增加、粗颗粒泥沙排沙比保持稳定;三峡水库运行后坝下游宜昌至湖口河段的沙量减少引起河床长距离累积冲刷,细颗粒泥沙沿程得到恢复,因河床逐渐粗化作用引起的粗颗粒泥沙恢复程度呈减弱态势.     

基于计算机视觉的平水桥海滩风暴潮响应分析

为探究海滩对风暴潮的响应过程,采用视频监测设备和计算机视觉方法,通过设立在岸边高处的Argus相机获取海岸带彩色图像,利用改进后的Canny算法结合双阈值处理法自动提取水边线,使用相机标定获得水边线地理坐标,对多时相的水边线进行高程插值,得到海岸线位置及海滩地形。通过对秦皇岛平水桥海滩的连续监测分析,发现平水桥海滩对风暴潮过程短时响应剧烈,泥沙向西、向海输移,滩肩明显冲刷,砂质粗化,潮间带整体淤积,海滩坡度变缓,岸线向海推进4.34 m;风暴潮后的恢复期,平水桥海滩岬角掩护岸段高潮带微冲而中低潮带淤积,泥沙离岸输移;平直岸段演变主要受中小恢复浪作用,呈现上淤下冲的态势,泥沙由中低潮带向高潮带输移。     

基于弱作用力的固液相微界面作用模拟方法

为了探究固液相微界面作用的物质输移机制,丰富水-沙-污染物微界面作用的数值模拟方法,本文基于光滑粒子流体动力学方法(SPH)耦合电场力、布朗运动力、曳力等弱作用力,构建复杂微界面作用模型,模拟了细颗粒泥沙吸附Pb²⁺的微界面作用过程.模拟结果演示了细颗粒泥沙与Pb²⁺的微界面作用全过程,Pb²⁺进入液膜,由液膜迁移至颗粒内,逐渐填满液膜和孔道,最终填充空腔.微界面作用动力学分析结果表明模拟结果符合准二级动力学模式;微界面作用模式识别结果表明0～10min为膜扩散阶段,10～60min为膜扩散和颗粒内扩散并存阶段,60～210min为颗粒内扩散阶段.模拟结果具有较好的微界面作用动力学相似性和微界面作用模式一致性.该方法适用于微米尺度下的微界面作用过程模拟,为水-沙-污染物交互作用的微观尺度建模提供新思路.     

河流网泥沙输移过程的瞬态特点

根据水流携沙力及其与河道冲淤态之间的反馈自调节机制,提出了一个枯水期河流网上的泥沙输移模型.利用该模型进行的模拟研究表明,流量改变所引起的水流携沙力同河道冲淤量的变化几乎是相反的.这实际预示着泥沙输移动力学的一种自组织特征:依据河道冲淤情况,水流携沙力所作出的自我调节将趋向于抑制河道大量冲刷或大量淤积.泥沙输移动力学过程的瞬态可以区分为对来水来沙条件改变作出快速响应的快瞬态和在稳定水沙条件下的趋向于稳态的缓慢过程,即慢瞬态.由于出流携沙力的变化相对于入流携沙力的调节滞后一个时步,从而对应流量增减时的冲淤量作相反变化.因此,流域降水的涨落对维持河道相对稳定的冲淤状态起重要作用.     

河流网泥沙输移过程的瞬态特点

根据水流携沙力及其与河道冲淤态之间的反馈自调节机制,提出了一个枯水期河流网上的泥沙输移模型.利用该模型进行的模拟研究表明,流量改变所引起的水流携沙力和河道冲淤量的变化几乎是相反的.这实际预示着泥沙输移动力学的一种自组织特征:依据河道冲淤情况,水流携沙力所作出的自我调节将趋向于抑制河道大量冲刷或大量淤积,泥沙输移动力学过程的瞬态可以区分为对来水来沙条件作出快速响应的快瞬态和在稳定水沙条件下的趋向于稳态的通过慢过程即慢瞬态.由于出流携沙力的变化相对于入流携沙力的调节滞后一个时步,从而对应流量增减时的冲淤量作相反变化.因此,流域降水的涨落对维持河道相对稳定的冲淤状态起重要作用.     

波流作用下破波带内污染物输移扩散试验

利用在破波带内连续采集的污染团图像,研究平直斜坡上规则波斜向入射时破波带内污染物的输移扩散特性。在介绍试验情况以及图像处理方法的基础上,获取污染团的形心点和离散程度,通过追踪形心点在水平二维空间的变化,线形拟合得到污染团在沿岸和垂直岸线方向的输移速度,并分析沿岸方向输移速度与时均沿岸流速最大值的关系;基于高斯扩散理论拟合得到垂直岸线方向扩散系数。利用该方法获得了 5 种波况下污染团水平方向输移速度、垂直岸线方向的扩散系数,并对其进行分析。结果表明:沿岸方向的污染物输移速度约为时均沿岸流速最大值的 33%,垂直岸线方向输移速度及扩散系数分别在 0.008~0.030 m/s 和 0.16×10^-3~2.6×10^-3 m²/s 范围内。     

含沙溃堤洪水数值模拟分析

为了研究复杂地形下含沙溃堤洪水的泥沙输移和床面冲淤,分析泥沙冲淤对溃堤出流的影响,评估水沙共同作用下的洪水风险,建立了非结构化三角网格的二维水沙数学模型.单元界面的水动力通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算,泥沙通量采用TVD-MUSCL格式求解.用小尺度的水槽动床试验数据对数值模型进行验证.将模型应用于黄河宁蒙段河道洪泛区某溃口含沙溃堤洪水的数值模拟.模拟结果表明,溃口冲刷坑外围易形成环形泥沙淤积体,同时洪泛区出现明显泥沙淤积.因此,含沙溃堤洪水带来的泥沙淤积问题不容忽视.通过比较清水定床、清水动床、含沙定床和含沙动床4种数值模型的计算结果,发现床面冲淤变化对溃堤洪水进洪流量有明显影响.