非均匀悬移质恢复饱和系数的探讨

作者利用概率论的方法，分析了分组沙的恢复饱和 系数与混合沙的平均恢复饱和系数之间的关系，得出了分组沙的恢复饱和系数与混合沙的平 均沉速成正比，与该粒径组泥沙的沉速成反比的初步结论。文中给出了一个计算分组沙恢复 饱和系数的半理论半经验关系式，并与现有研究成果进行了对比。     

恢复饱和系数的理论计算方法

恢复饱和系数是泥沙数学模型计算的重要参数,本文从理论上进一步研究了悬移质不平衡输沙的恢复饱和系数,提出了底部恢复饱和系数的概念,并推导了恢复饱和系数是底部恢复饱和系数和含沙量分布系数的乘积,从理论上合理解释了恢复饱和系数的取值问题。在既有研究成果的基础上,进一步推导了非均匀沙恢复饱和系数的计算式,计算结果表明不同粒径组的恢复饱和系数值是不同的,非均匀沙的平均恢复饱和系数应按沉速和级配的乘积加权平均计算,黄河下游通常水流条件(摩阻流速3~30cm/s)的平均恢复饱和系数约为0.1,平均底部恢复饱和系数为0.05~0.1,平均综合恢复饱和系数最小约为0.01,这和理论分析结果及黄河水沙数学模型的经验采用值基本相符。     

基于泥沙悬浮高度假设的恢复饱和系数研究

针对大坝下游单向冲刷条件下次饱和挟沙水流的恢复饱和系数取值问题,基于泥沙悬浮高度假设,采用理论推导与对比验证的方法对恢复饱和系数公式进行了分析研究。分析了泥沙颗粒在挟沙水流中的动力机理和能量转换过程,推导了泥沙颗粒的单步悬浮高度和步长公式,改进了恢复饱和系数公式。采用经典的恢复饱和系数公式和黄河非均匀沙恢复饱和系数率定值,与改进的恢复饱和系数公式进行了对比分析。结果表明：改进的公式可以较好的预测恢复饱和系数,粒径0.025 mm～1.5 mm泥沙的恢复饱和系数在1.9 cm/s～100.0 cm/s的摩阻流速范围内取值在0.01～3.00之间,恢复饱和系数随摩阻流速的变化规律也随泥沙粒径的不同而不同。     

一维超饱和输沙法恢复饱和系数的对比分析

介绍了目前国内广泛采用的一维超饱和输沙法的基本内容,并讨论了决定此法精度的影响因素α的研究情况.根据点绘出的d-α曲线图对有关计算公式进行了对比分析,并用实测资料进行了检验.结果表明,α值随泥沙粒径的增大而增大是值得商榷的,在现有的α计算公式中,根据泥沙沉速、水流的摩阻流速、水力坡度和含沙量建立的公式与实际情况最为吻合.     

沉沙池超饱和输沙法恢复饱和系数研究

恢复饱和系数αi是一度流超饱和输沙法计算的重要参数之一,理论分析和实测资料表明,αi值与泥沙分组平均沉速ωi、摩阻流速U、池段平均水力坡度J等因素有关,是一个变幅较大的系数。用实测资料建立的αi值计算公式,其泥沙粒径范围为d=0.005～0.25mm,基本覆盖了黄河及长江中下游地区的泥沙粒径。在缺少相似已建沉沙池水流和泥沙特征实测资料条件下,且悬移质泥沙粒径d<0.25mm时,可用式(13)进行αi值计算。     

水库下游悬移质泥沙沿程恢复研究进展

水库下游悬移质泥沙沿程恢复是河流泥沙动力学研究的难点问题之一。对该问题的研究有助于推动学科发展,解决工程实践中的有关问题。针对此现状,归纳总结了平衡及不平衡输沙条件下悬移质浓度垂线分布、悬移质沿程恢复的天然河道实测资料分析和恢复饱和系数等方面的研究成果,认为在不平衡输沙条件下悬移质泥沙垂线分布研究及实测数据的获取、分析等方面还存在一定的不足。在此基础上,提出有必要进一步开展水库下游悬移质泥沙沿程恢复研究,特别是利用精准的测量仪器,开展科学合理、系统全面的水槽试验是丰富该研究成果的必要手段。     

非均匀沙恢复饱和系数研究综述

恢复饱和系数是研究河床演变的一个重要参数,它的选取至关重要。重点介绍了目前国内关于非均匀沙恢复饱和系数的主要研究方法:一维超饱和输沙法和泥沙运动统计理论法。一维超饱和输沙法是通过对一维河床变形方程进行简化和分析,得到适用于该地区的恢复饱和系数,韩其为等基于泥沙运动统计理论,建立了相应的恢复饱和系数表达式。通过总结归纳2种方法得到的研究成果,分析各家公式的差异及适用范围,考虑恢复饱和系数的影响因素,建立了恢复饱和系数一般通用公式,在工程实践中,考虑各个影响因子,对公式中的参数进行率定即可。     

一维超饱和输沙法恢复饱和系数α的计算模型研究

研究证明，准静水沉降公式为一维超饱和输沙发公式简化形式，α和k具有相同的影响因素。两者物理意义相同，且两者存在着α=1/k的关系确定k,α值的方法及资料可以相互借鉴。α的主要影响因素与水流挟沙力的主要影响因素相同或相似。沉沙池与黄河下游河道一样也存在着“多来多排”现象。根据实测资料分析得到影响α值的主要因素。建立的α计算模型分组沉降率平均误差均在6%之内，沉降率的相对误差在20%内的概率为95%，精度可满足使用。     

非均匀沙不平衡输沙的理论研究

文中首先给出了由我们建立的床面泥沙交换理论导出的非均匀沙扩散方程的边界条件。建立了恢复饱和系数的表达式,包括了强平衡输沙和不平衡输沙两种情况。同时给出了泥沙在床面静止、滚动、跳跃与悬浮的概率方程和数值结果。引进了挟带分组泥沙的水量百分数,它是研究非均匀沙的重要概念和工具。进而论述不平衡输沙时总挟沙能力、挟沙能力级配及有效床沙级配的方程。证实了床沙质、冲泻质与全沙具有统一的挟沙能力。最后从理论上证明了在河道中粗细泥沙发生交换的现象。     

黄河小北干流放淤中泥沙恢复饱和系数研究

在黄河小北干流放淤试验资料的基础上,分析了泥沙恢复饱和系数与泥沙沉速等水力因素的关系,结果表明:①前人研究的泥沙恢复饱和系数经验公式并不完全适用于小北干流放淤试验输沙模型的计算,计算的出口含沙量比实测值小;②影响泥沙恢复饱和系数的主要因素为泥沙沉速和摩阻流速;③把修正后的泥沙恢复饱和系数公式运用到小北干流水沙模型进行计...     

浑水紊动强度的探讨

本文根据动量交换理论建立了浑水紊动的数学模型。此模型考虑了含沙量，流速梯度和利查逊数对浑水紊动强度的影响，而且与前人结果相比更接近于试验资料。     

泥沙运动统计理论前沿研究成果

本文是作者数十年来以力学和概率论相结合的途径,广泛、深入研究泥沙运动统计理论的主要成果。其中包括泥沙运动的概化模式;单颗泥沙运动力学及统计规律;床面泥沙4种状态之间的转移概率及交换强度;不同状态之间的多种输沙率(而不是现有的两种)研究;泥沙起动规律及起动流速;从理论上导出的床面泥沙的边界条件;一维不平衡输沙规律及相应的数学模型;推移质与床沙和悬沙同时交换的不平衡输沙;床沙冲刷粗化与交换粗化规律;推移质点源、线源及退化面源扩散。另外,文中还给出了由泥沙运动统计理论带动的泥沙研究领域其他成果,如挟沙能力级配及有效床沙级配、粗细泥沙交换、挟沙能力多值性以及黄河高含沙量时的"揭底冲刷"。     

Experimental study of flow intensity influence on 2-D sand ripple geometry characteristics

Sand ripples are common bedforms. The formation of sand ripples is related to flow conditions; different flow conditions cause different ripple geometries. The main aim of this study was to assess the relationship between flow intensity and two-dimensional ripple geometry characteristics. The experiments were carried out in a laboratory flume with natural sand whose bulk density Ps was 2 650 kg/m3 and median diameter D50 was 0.41 mm. The Froude number (Fr), a flow intensity parameter, varied from 0.16 to 0.53, entirely within the subcritical range. Two-dimensional sand ripple geometry was measured and processed via statistical methods. The probability distributions of ripple length and height were obtained with different flow conditions. Through dimensionless analysis, the relationship between the flow intensity parameter (grain size Reynolds number Re*) and the sand ripple geometry characteristic length (Λ) and height ( Δ) was analyzed, and two formulas were obtained:Λ/D50=191.76Re*0.3 and Δ/D50=1.97Re*1.3, which are consistent with previous research results.     

泥沙输移的理论研探

本文通过对泥沙颗粒在水中的受力情况分析，从理论上导出了描述推移质运动的数学表达式．在此基础上，又导得了挟沙水流的底部含沙量，从而使泥沙运动的扩散方程能够方便地运用到工程实际问题之中．     

水流作用下的悬沙垂向扩散系数

利用华东师范大学河口海岸学国家重点实验室的波-流-泥沙变坡水槽,进行系列二维均匀流平衡输沙情况下悬沙扩散特性研究实验.根据实验数据,计算不同水流情况下的悬沙浓度垂向分布,确定悬沙垂向扩散系数及它的垂向分布.所得结果表明悬沙垂向扩散系数与水流扩散系数成正比,其比例系数正比例于摩阻流速;悬沙扩散系数的垂向分布可用抛物线来描述.     

论非均匀悬移质二维不平衡输沙方程及其边界条件

本文深入研究了非均匀悬移质不平衡输沙的内在机理，较严格的推导了其方程，引进和定义了水量百分数、悬移质级配、平均沉速。根据泥沙交换强度理论，专门研究了方程的底部边界条件，在一定简化下给出了底部边界条件的具体表达式及有关结果，并与以往经验数据基本符合。     

悬浮泥沙反射光谱特性实验研究

作者对水槽中的不同浓度含沙水体的反射光谱特征进行了分析,并且同国内外同类研究结果进行了对比。在参考了国内外公认的Ⅱ类水体悬浮泥沙反演模式的基础上,选用了泥沙遥感参数,建立了悬浮泥沙遥感定量分析统计相关模式。该模式已成功地应用在神舟三号CMODIS影像的悬浮泥沙遥感定量反演中。