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泥沙异重流稳定水跃的耗能与掺混实验研究

水力发电学报 2023年第9期42卷 11-21页

作者：温志超黄哲徐海珏白玉川张金良黄河勘测规划设计研究院有限公司郑州450003 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室郑州450003 天津大学水利工程安全与仿真国家重点试验室天津300072

异重流稳定水跃是非连续异重流中的一种典型流态,反映着由急流过渡到缓流时的运动特征。其运动过程伴随着复杂的耗能和掺混过程,目前的研究还不能很好地解释两者间的对应关系。本文利用水槽实验,观测了泥沙异重流在斜坡与平底交界处的... 详细信息

异重流稳定水跃是非连续异重流中的一种典型流态,反映着由急流过渡到缓流时的运动特征。其运动过程伴随着复杂的耗能和掺混过程,目前的研究还不能很好地解释两者间的对应关系。本文利用水槽实验,观测了泥沙异重流在斜坡与平底交界处的水跃现象,通过推导水头损失公式,分析了水跃耗能和掺混关系。研究发现增加入口含沙量或初始水深,或减小入口流速,均导致水跃强度减弱,共轭水深比值减小,异重流层厚度增加受限。这种实验现象伴随着水跃耗能过程的强弱,入口含沙量或初始水深的增加,或入口流速的减小,均导致水跃前后的水头损失降低,减少了被卷吸的上层清水流量,共轭水深比值进而减小,异重流层密度也有小幅降低。通过对异重流水跃的耗能过程分析,可知耗能减小表明流层间的紊动强度减弱,能有效地降低异重层和上层清水的掺混速率。通过回归分析,发现共轭水深比值与水头损失比∆hf/hf1,以及∆hf/h f1与掺混系数K_(Q)均呈现出正比例线性关系。本文推导的能量指标是分析异重流水跃过程、揭示异重流掺混机制过程的可行方法。

关键词：泥沙异重流稳定水跃共轭水深水头损失局部掺混

黄河清8出汊河口泥沙异重流特征及其时空分布

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海洋与湖沼 2008年第1期39卷 90-96页

作者：黄海军刘艳霞樊辉杨晓阳中国科学院海洋研究所青岛266071 山东省科技发展战略研究所济南250014 黄河水利委员会黄河河口研究所东营257091

选用1996年9月5—6日黄河口新口门水文泥沙同步观测资料,采用距离倒数加权插值法(IDW)生成河口泥沙异重流的含沙海水密度、流速和含沙量随时间变化的等值线图。基于此,分析了黄河口泥沙异重流发育形成的时空变化特征,并结合遥感影像和... 详细信息

选用1996年9月5—6日黄河口新口门水文泥沙同步观测资料,采用距离倒数加权插值法(IDW)生成河口泥沙异重流的含沙海水密度、流速和含沙量随时间变化的等值线图。基于此,分析了黄河口泥沙异重流发育形成的时空变化特征,并结合遥感影像和水下地形图进一步探讨了泥沙异重流对河口沉积的影响。研究结果表明,黄河口(新口门)泥沙异重流发育频繁,且其形成时的含沙海水密度与老河口相似;泥沙异重流的空间分布与水下三角洲泥沙堆积体及河口沙嘴的形态存在明显相关,泥沙异重流的存在直接影响河口前缘泥沙的沉积,但对侧缘的影响不大;泥沙异重流形成初期,在低高潮涨潮阶段中的一次较小的涨落潮周期内其形成和消亡过程与潮流的涨落潮周期呈正向对应关系,且在这一时段的涨憩时泥沙异重流的泥沙含量达到最大;流速垂向分布为泥沙异重流形成初期流速小于上层海水流速,且层次分明,随其进一步向深海运动流速呈增大再减小的趋势,至三角洲前缘陡坡段其底层流速大干中上层海水流速。

关键词：黄河口泥沙异重流河口沉积时空分布海水密度

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黄河口泥沙异重流的数值模拟

青岛海洋大学学报（自然科学版） 2001年第5期31卷 762-768页

作者：庞重光杨作升中科院海洋研究所青岛266071 青岛海洋大学河口所青岛266003

将已被广泛应用的一维泥沙异重流控制方程推广到平面二维情形 ,构成一组四方程模型 ,并对方程中重要参数的取值作了讨论。而后针对黄河口泥沙异重流的发生和演变受潮相控制的特殊性对其进行数值模拟。在泥沙异重流的基本控制方程中加入... 详细信息

将已被广泛应用的一维泥沙异重流控制方程推广到平面二维情形 ,构成一组四方程模型 ,并对方程中重要参数的取值作了讨论。而后针对黄河口泥沙异重流的发生和演变受潮相控制的特殊性对其进行数值模拟。在泥沙异重流的基本控制方程中加入了潮汐影响项 ,采用 ADI法对黄河口的潮流控制方程与有潮汐影响的泥沙异重流控制方程进行半耦合求解。

关键词：黄河口泥沙异重流数值模拟潮相控制 ADI法潮汐

基于泥沙异重流稳定性与衰减过程的床面淤积特性研究

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泥沙研究 2024年第3期49卷 33-40,32页

作者：温志超石林平黄哲白玉川黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹) 河南郑州450003 深圳市东部水源管理中心广东深圳1518000 天津大学水利工程安全与仿真国家重点实验室天津300350

泥沙异重流在稳定分层和不断衰减的过程中,伴随着床面淤积特征的变化。通过水槽试验观测异重流“稳定-衰减”过程,结合异重分层流运动理论模型,探究该过程对床面淤积特征的影响。研究结果表明,增加异重流层密度或厚度,形成稳定分层形态... 详细信息

泥沙异重流在稳定分层和不断衰减的过程中,伴随着床面淤积特征的变化。通过水槽试验观测异重流“稳定-衰减”过程,结合异重分层流运动理论模型,探究该过程对床面淤积特征的影响。研究结果表明,增加异重流层密度或厚度,形成稳定分层形态的时间明显缩短,同时延长了分层形态的维持时间;计算得到的临界雷诺数与扰动波数虚部相应增加,分层形态稳定性得以增强。异重流的稳定行进对于减小床面淤积具有重要作用,试验中临界雷诺数增加568~820,平均淤积厚度降低了42%~46%。因此,提高异重流稳定性并延缓衰减速率,有助于提高输沙率,可以达到减淤的目的。

关键词：泥沙异重流分层流稳定性扰动增长率衰减过程淤积

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黄河口泥沙异重流基本控制参数的数值试验

泥沙研究 2000年第5期25卷 68-72页

作者：庞重光杨作升中科院海洋研究所山东青岛266071 青岛海洋大学河口所山东青岛266003

为了定量地评价泥沙异重流基本控制参数对泥沙异重流流动的影响 ,本文设计了一系列数值试验来展示各种参数与泥沙异重流流动特征之间的定量关系。采用ADI法求解三维方程经垂向积分后的平面二维泥沙异重流方程。所选取的基本控制参数包... 详细信息

为了定量地评价泥沙异重流基本控制参数对泥沙异重流流动的影响 ,本文设计了一系列数值试验来展示各种参数与泥沙异重流流动特征之间的定量关系。采用ADI法求解三维方程经垂向积分后的平面二维泥沙异重流方程。所选取的基本控制参数包括水下斜坡坡角 ,总阻力系数 ,水力挟带系数 ,泥沙饱和浓度和泥沙沉速。通过数值试验得出水下斜坡坡角θ、泥沙饱和浓度Es 越大 ,总阻力系数cd、泥沙沉速ω越小 ,相应地泥沙异重流流速、流动厚度以及悬沙浓度越大。其中斜坡坡角对泥沙异重流影响最大。当泥沙异重流流动处于超临界流状态 ,水力挟带系数Ew 大于零 ,这时由于有一定水量的卷入 ,所以流动厚度沿程增加。

关键词：黄河口泥沙异重流控制参数数值试验 ADI法

刚性植被对沿坡运动泥沙异重流动力及湍流特性的影响

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海洋与湖沼 2021年第4期52卷 886-894页

作者：王雨杭韩东睿吴挺峰林颖典浙江大学海洋学院舟山316021 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

开展一系列开闸式斜坡泥沙异重流水槽实验,采用高速相机记录异重流发展过程,并利用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter, ADV)获取泥沙异重流的速度、浓度及湍流结构,探究刚性植被对异重流运动特性的影响。实验结果表明:随... 详细信息

开展一系列开闸式斜坡泥沙异重流水槽实验,采用高速相机记录异重流发展过程,并利用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter, ADV)获取泥沙异重流的速度、浓度及湍流结构,探究刚性植被对异重流运动特性的影响。实验结果表明:随着植被高度的增大,泥沙异重流的头部与尾部发生分离,且植被高度对异重流头部速度削减作用的重要性大于植被密度;受植被作用的影响,异重流速度剖面的峰值位置和峰值大小均发生改变;此外,由于植被与异重流相互作用产生的湍流,使异重流的泥沙浓度剖面发生改变,并使悬浮于流体中的泥沙颗粒向上输运。本研究的结论对自然环境保护、水下工程建设等生产实际问题提供重要的科学依据。

关键词：泥沙异重流斜坡刚性植被湍流

黄河口汛期泥沙分布特征及其对水流结构的影响

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泥沙研究 2001年第4期26卷 47-52页

作者：庞重光杨作升张军中国科学院海洋研究所山东青岛266071 青岛海洋大学河口海岸带研究所山东青岛266003

本文以黄河口汛期六船同步测验取得的水文泥沙资料为基础 ,得到含沙量与流速的垂向分布经验式 ,据此了解黄河口汛期的泥沙分布特征 :泥沙异重流的含沙量垂向分布很不均匀 ,随水深的增加含沙量迅速增加 ;流速随水深分布均匀 ,无论是上层... 详细信息

本文以黄河口汛期六船同步测验取得的水文泥沙资料为基础 ,得到含沙量与流速的垂向分布经验式 ,据此了解黄河口汛期的泥沙分布特征 :泥沙异重流的含沙量垂向分布很不均匀 ,随水深的增加含沙量迅速增加 ;流速随水深分布均匀 ,无论是上层清水还是下层泥沙异重流流速都较大。并利用室内粒度分析资料研究泥沙对水流结构的影响。

关键词：黄河口泥沙异重流含沙量浑水粘滞系数汛期水流结构泥沙分布

2010年调水调沙期间黄河利津段对人造异重流的响应

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海洋地质与第四纪地质 2013年第5期33卷 53-61页

作者：王燕王厚杰毕乃双张勇中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 海洋科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 国土资源部青岛海洋地质研究所青岛266071

黄河调水调沙期间是目前观测黄河口泥沙异重流的有利时机。黄河入海含沙量、粒度和流量是决定河口异重流产生和发育的基本条件。自2010年6月19日黄河第10次调水调沙启动,在利津站进行了同步取样及测深、测流观测,以掌握调水调沙期间黄... 详细信息

黄河调水调沙期间是目前观测黄河口泥沙异重流的有利时机。黄河入海含沙量、粒度和流量是决定河口异重流产生和发育的基本条件。自2010年6月19日黄河第10次调水调沙启动,在利津站进行了同步取样及测深、测流观测,以掌握调水调沙期间黄河入海水沙特征变化,预测河口泥沙异重流发生时间。观测结果显示:在调水调沙初期上游水库联合低泥沙浓度放水情况下,流量急剧加大,河道底床被冲刷,大量底床粗颗粒泥沙再悬浮造成利津站水体含沙量和输沙量有所增加,粒度粗化;观测后期受小浪底水库排放的泥沙异重流影响,利津站流量迅速减少,含沙量和输沙量显著增加,且细颗粒泥沙含量明显增加,河道底床被淤积。此阶段黄河入海含沙量和悬沙粒度满足河口泥沙异重流产生条件,据此可以预测河口泥沙异重流产生的时间。同时,巨量细颗粒泥沙短时间内以泥沙异重流的形式输送入海,势必会在河口处引起快速的河口地貌地形变化和生物地球化学效应。

关键词：调水调沙泥沙异重流河口异重流黄河利津站

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地形变化对异重流运动规律影响的数值模拟

水电能源科学 2018年第3期36卷 104-109页

作者：徐亚亚安瑞冬李嘉严忠銮曾曾四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

研究库区受地形影响的泥沙异重流运动规律对水库调水排沙具有重要意义。通过建立三维水动力学和泥沙耦合模型,并采用紫坪铺原型观测资料对其进行验证,利用模型分析紫坪铺水库地形变化对异重流运动规律的影响。结果表明,汛期水库来流入... 详细信息

研究库区受地形影响的泥沙异重流运动规律对水库调水排沙具有重要意义。通过建立三维水动力学和泥沙耦合模型,并采用紫坪铺原型观测资料对其进行验证,利用模型分析紫坪铺水库地形变化对异重流运动规律的影响。结果表明,汛期水库来流入库后形成异重流,在流经突扩断面时,异重流含沙量、流速及前锋厚度均变小;而流经突缩断面时均变大。当异重流遇到障碍物时产生雍水,流速和含沙量先减小,再增大,最后减小;厚度先明显减小,在障碍物底部又增大。此外,异重流淤积集中在滑坡体上游河段,淤积最严重区域为库区入口至寿溪河汇口处。研究成果可为库区调水调沙计划制定提供参考。

关键词：泥沙异重流三维数值模拟地形变化淤积