非均匀沙输移及沙波运动特性

作     者：张志虎 

作者单位：华北水利水电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张羽

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：非均匀沙 沙波运动 泥沙输移 床沙交换 级配调整 河床演变 水槽试验 

摘      要：沙波运动是推移质运动的一种主要形态并且对悬移质运动也有很重要的影响。沙波运动作为泥沙颗粒在床面上运动的集体表现形式,对河床的水沙条件影响很大,与平整河床的泥沙运动有很大的区别,对河床的冲淤、演变、结构都能产生很重要的作用。目前,在沙波运动上的研究还不充分,大部分的研究仅是对沙波运动过程的简单描述,一些关于沙波与输沙率关系的研究也仅仅是把沙波看作规则的形状进行简单的力学分析。关于沙纹的成因争议不休,对沙波各个阶段的划分也模棱两可,沙波运动与河床泥沙运动交换的关系也未得到充分的研究。因此,研究沙波运动对于完善泥沙从起动到输移的理论体系是十分有意义的。本课题利用100 m长水槽试验条件,使用轻质塑料沙作为试验模型沙,在不同的水流强度下,观察沙波运动的细部特征,采集沙波运动的形态参数,对沿程冲刷过的泥沙各断面取样并进行筛分分析及比重测量,找出泥沙输移过程中的关键影响因子。对试验数据进行分析,建立沙纹形成理论模型,研究沙波运动在床沙交换分选、床沙分层、级配变化、河床冲淤演变等方面的作用。试验结果表明:沙纹的形成是近底层内水沙能量周期交换的结果;沙波面上活跃的泥沙运动特别是分离点和交汇点附近两个区域是泥沙颗粒分选与交换的关键区域;随着不同强度水流的变化,沙波参数也具有规律性的变化,床沙表层和深层交换会使泥沙垂向平均粒径向深处粗化,比重向深处变大等变化规律;最后,分析了沙波运动的最终演变到沙丘深潭直接参与到河床演变的行列,得到了沙波运动速度的表达式,对基于沙波运动的推移质输沙率公式进行了改进。