挟沙水流

摘要： 目的在明渠条件下分析挟沙水流对金属波纹管内表面镀层的冲蚀情况,明确冲蚀的机理及特征。方法采用自主搭建的循环试验水槽平台对金属波纹管涵进行挟沙水流的冲蚀试验。将波纹管设计为A、B、C管段,根据水的流速变化,选取各管段波纹截面及测点。根据不同粒径区间,在0.12、0.24、0.47 mm工况下,冲蚀时间达到200、400、600 h时分别测量各测点,得到内表面镀层在不同工况、不同位置的冲蚀量。结果采用扫描电镜观察0.47 mm工况下B2波纹段的冲蚀形貌,结果表明,波峰和迎水面位置的冲蚀坑紧密分布,镀层的冲蚀现象最为严重。在1个波纹周期内,沿着水流方向,波峰位置的冲蚀量相对最大,且迎水面镀层的冲蚀量比对称位置背水面的冲蚀量大;在垂直于水流方向的横断面上,中轴线位置的冲蚀量相对最大,两侧逐渐减小。在同等条件下,沙粒粒径为0.47 mm工况下的冲蚀率相对最大,其中T_(0)断面处的最大冲蚀速率达到了6.31μm/100 h。结论波纹管内表面镀层因颗粒冲蚀,镀层减薄,直至消失,进而导致波纹管的失效速率加快。波峰位置的冲蚀速率相对最大,以波峰为对称轴,迎水面的冲蚀速率大于对应位置背水面的冲蚀速率。冲蚀速率与沙粒粒径呈线性关系,冲蚀速率随着沙粒粒径的增大而增大。壁面冲蚀速率与近壁面沙粒速度呈幂指数关系,不同横断面的速度指数不同,速度指数最大值出现在波峰断面。

摘要： 在清水冲刷粗化层极限冲刷深度研究的基础上，结合室内概化水槽试验，探讨了挟沙水流床面冲刷问题。不同来沙条件下床面冲刷深度水槽试验观测成果表明，随着上游单宽加沙率的增加，挟沙水流床面冲刷深度减小，挟沙水流相对冲刷深度与相对来沙条件呈线性变化趋势。参考爱因斯坦推移质输沙率公式，建立了一个能够综合反映来水来沙条件以及床面条件的床面冲刷深度计算公式。该公式计算值与试验实测值吻合良好。%Based on the research of limit scour depth of rough layers scoured by clean water, and by combining with the indoor generalized flume experiment, we explored the erosion issues of river bed scoured by sediment-laden flow. The experimental re-sults of the scouring depth under different sediment supply show that with the increase of sediment supply rate per unit width, the scour depth decreases, and there is a linear correlation between relative scour depth and relative sediment conditions. On the ba-sis of Einstein bed load transport rate formula, we established a calculation formula of bed scour depth considering the runoff, sediment and bed conditions. Comparison of the calculated value and the measured value shows that the calculated values agree well with the measured ones.

摘要： 灌渠在农业生产中具有重要作用,渠道引水灌溉是我国主要灌溉形式,引水过程势必会伴随引沙。以塔河灌区输水渠道为研究对象,分析灌渠挟沙水流泥沙输特性。利用Delft3 D模型建立二维渠道泥沙输运数学模型,对渠道不同水位、流速、流量下的含沙量进行研究。计算结果表明,塔河灌区输水渠道涨落急流速平均误差小于0．14 m/s,流量峰值误差小于75 m3/s；灌渠流态合理,含沙量计算误差小于0．02 kg/m3；渠床冲淤误差为0．023 m,与测量值相差23%,该数学模型可以较好地反映灌渠挟沙水流泥沙输运情况。%Irrigation plays an important role in agricultural production, water diversion canal irriga-tion is the main form of irrigation, water diversion process will inevitably accompanied by sediment diversion. Using Tahe irrigation water channel as the research object, irrigation water sediment char-acteristics was analyzed. The Delft3 D model was used to establish a two-dimensional channel sedi-ment transport mathematical model. Under the different channels of water level, flow velocity and flow sediment were studied. Calculation results show that:in Tahe irrigation area water channel fluc-tuation and flow rate of urgency with an average error of less than 0. 14m/s, peak flow error is less than 75m3/s;reasonable irrigation regime, sediment calculation error is less than 0. 02kg/m3;canal bed scouring and silting error 0. 023m, and measured values differed by 23%. The mathematical model can be to better reflect the irrigation ditch sediment sand flow and sediment transport.

摘要： 研究U型渠道中的挟沙水流流速分布规律对于提高北方农田的灌溉效率具有重要意义.本文通过室内试验,探索U型渠道挟沙水流流速的分布规律.首先对U型渠道挟沙水流流区的基本划分进行了阐述,然后从垂线流速分布和横向流速分布等两个方面重点分析了含沙量变化对流速分布产生的影响.

摘要： 黄河下游的泥沙主要来自黄河中游的黄土地区.此地区土质松散,垂直节理发育,一遇暴雨,即造成大量水土流失,挟沙水流进入黄河下游的宽浅河道,流速减慢,挟沙能力下降,造成河道严重淤积.平均每年进入黄河的泥沙高达16亿t,其中4亿t淤积在黄河下游.大量泥沙淤积使下游河床日渐增高.

摘要： 挟沙水流的垂线分布规律是泥沙运动学研究的一个基本问题。现利用随机过程理论，根据实测实验数据，利用傅立叶变换将时域内流速脉动信号转化到频域内进行谱分析，利用统计分析对随机圆频率分布进行研究，结果表明：随机圆频率为均匀分布。

摘要： 挟沙水流卡门常数是反映固液两相流中泥沙对水流结构影响的重要参数之一.鉴于此,回顾了卡门常数的来历、实质和卡门常数的影响因素、物理意义,总结了国内外因考虑因素不同而导出的卡门公式,接着对研究得到的卡门常数作了一个简要客观的评价,最后指出卡门常数进一步研究需要注意的问题:从能量输移理论进一步弄清楚能量分配机制,同时需要更精确的试验资料进行分析.

摘要： 在前人研究成果的基础上,得出卡门常数取与垂线位置和含沙量相关的变量时,掺混长度Prandtl假定与试验及实测资料较为相符.进一步对比对数律与指数律的流速梯度,得出卡门常数新的表达式.将卡门常数新的表达式代入Prandtl假定,根据Prandtl掺混长度理论得到新的流速分布公式.该公式较现有指数律和对数律解决了表面流速梯度不为零的问题.经室内水槽试验结果及河道实测资料验证,该公式可以真实地描述挟沙水流的流速分布变化规律,且在高含沙水流中仍有较好的精度.%On the basic of the analysis and comparison of some existing research results,the Prandtl hypothesis is consistent with the field data and test one,if the Karman constant is taken as the function of the vertical position and sediment concentration.A new Karman constant can be obtained through the comparison between the velocity gradient of the exponent law and the logarithm.Substituting the new Karman constant into the Prandtl hypothesis,a new velocity distribution can be obtained.Compared with the existing exponential law and the logarithm,the obtained velocity distribution can solve the problem with nonzero surface velocity gradient is not zero.From the indoor flume test results and the river field data,the obtained distribution can describe the variation of the velocity distribution of the sediment-laden flow,and be still effective for the hyperconcentrated flow.

摘要： 针对窄深型矩形明渠而言,简单的对数流速分布公式或指数流速分布无法准确描述主流区及水表附近的流速分布情况.考虑泥沙的存在对水流紊动扩散的影响,本文在对比窄深型矩形断面明渠清水与挟沙水流流速分布差异的基础上,从N-S方程出发,通过修正动量传递系数的表达式建立符合实际流速分布特点的窄深型明渠流速分布律,利用Coleman的水槽试验进行相关参数率定,并对各参数的意义进行相应讨论,表明该公式结构合理,精度较高,能够更加准确的描述窄深型明渠挟沙水流流速分布,可满足工程实际要求.

摘要： 明渠挟沙水流运动具有两重性，既有确定性的一面也有随机性的一面。

摘要： 目的：探索含沙量变化对灌溉U型渠道垂线流速分布规律的影响.方法：通过U型渠道水槽试验,测定水流中含沙量为1.12～500kg/m3时,最大流速所在位置的变化,引入卡门常数κ,来反映含沙量对垂线流速分布的影响.结果：当水流含沙量s＜300kg/m3时,随着含沙量的增加,最大流速点的位置逐渐下降,在主流区、底流区和表面区,挟沙水流均遵循对数流速分布规律,但κ的变化规律不同;当含沙量s≥300kg/m3时,水流的流型发生了变化,除底流区仍遵循对数流速分布规律外,表面区、主流区水流不再遵循对数流速分布规律,但底流区κ的变化规律与s＜300kg/m3时不同,底流区κ的变化趋势总体随着含沙量的增大而减少.结论：U型渠道挟沙水流遵循对数流速分布规律,卡门常数的变化规律与普通明渠不同,应该分开对待.

摘要： 泥沙悬浮功是挟沙水流能量平衡方程的一个重要组成部分。本文在对现有的一些挟沙水流的能量平衡方程回顾的基础上,指出了现有悬浮功所存在的不足。在此基础上,本文从挟沙水流的流速分布规律出发提出了一个新的悬浮功表达式。基于这一悬浮功的挟沙水流能量平衡方程,可以考虑泥沙运动对水流能量的影响,还能解释目前有关挟沙水流的试验结果中所出现的挟沙水流阻力增大、减小或不变的情况。

摘要： 本文从河道水流能量损失的角度入手,采用理论研究和资料分析相结合的手段,研究了黄河下游河道(花园口—利津)水流能量损失与河道冲淤的相关关系,研究结果表明:水流的一般能量损失如动能损失、势能损失、机械能损失和动量损失与黄河下游河道年冲淤量之间不存在相关关系;而有用功损失、推移功损失与河道年冲淤量之间相关性不明显,但悬浮功损失与黄河下游河道年冲淤量之间存在较为明显的相关关系;维持黄河下游河道(花园口—利津)冲淤平衡的能量损失临界条件是水文年内河流悬浮功损失为0.75亿J,悬浮功损失大于此临界值,下游河道将发生淤积,小于此临界值,下游河道将发生冲刷.

摘要： 本文从河道水流能量损失的角度入手,采用理论研究和资料分析相结合的手段,研究了黄河下游河道(花园口—利津)水流能量损失与河道冲淤的相关关系,研究结果表明:水流的一般能量损失如动能损失、势能损失、机械能损失和动量损失与黄河下游河道年冲淤量之间不存在相关关系;而有用功损失、推移功损失与河道年冲淤量之间相关性不明显,但悬浮功损失与黄河下游河道年冲淤量之间存在较为明显的相关关系;维持黄河下游河道(花园口—利津)冲淤平衡的能量损失临界条件是水文年内河流悬浮功损失为0.75亿J,悬浮功损失大于此临界值,下游河道将发生淤积,小于此临界值,下游河道将发生冲刷.

摘要： 本文从河道水流能量损失的角度入手,采用理论研究和资料分析相结合的手段,研究了黄河下游河道(花园口—利津)水流能量损失与河道冲淤的相关关系,研究结果表明:水流的一般能量损失如动能损失、势能损失、机械能损失和动量损失与黄河下游河道年冲淤量之间不存在相关关系;而有用功损失、推移功损失与河道年冲淤量之间相关性不明显,但悬浮功损失与黄河下游河道年冲淤量之间存在较为明显的相关关系;维持黄河下游河道(花园口—利津)冲淤平衡的能量损失临界条件是水文年内河流悬浮功损失为0.75亿J,悬浮功损失大于此临界值,下游河道将发生淤积,小于此临界值,下游河道将发生冲刷.

摘要： 本文从河道水流能量损失的角度入手,采用理论研究和资料分析相结合的手段,研究了黄河下游河道(花园口—利津)水流能量损失与河道冲淤的相关关系,研究结果表明:水流的一般能量损失如动能损失、势能损失、机械能损失和动量损失与黄河下游河道年冲淤量之间不存在相关关系;而有用功损失、推移功损失与河道年冲淤量之间相关性不明显,但悬浮功损失与黄河下游河道年冲淤量之间存在较为明显的相关关系;维持黄河下游河道(花园口—利津)冲淤平衡的能量损失临界条件是水文年内河流悬浮功损失为0.75亿J,悬浮功损失大于此临界值,下游河道将发生淤积,小于此临界值,下游河道将发生冲刷.

摘要： 本发明提供一种基于水流挟沙能力的造床流量计算方法，包括以下步骤：步骤1.选取水库下游冲积平原河流典型河段的滩槽格局分明的断面；步骤2.计算典型断面的挟沙力指标S′*；步骤3.计算典型河段造床流量；步骤4.校核造床流量计算值。本方法贴合水库下游河段实际冲淤过程，通过分析河段自身河道形态特征，从水流塑造河床的基本原理挟沙能力出发，针对不同河段采用与之适应的方法，同时对于计算值可以进行自校核，能更为简单且准确的计算出某时段河段的造床流量，且本方法所需资料较之已有方法更易收集，实用性更强。

摘要： 本发明公开一种闸下水流挟沙模拟方法，设置一装置，包括：蓄水区、闸门、沙槽区和尾水池；所述蓄水区的出口处设置闸门，紧邻出口延续设置沙槽区，沙槽区内放置有粗细不均匀的颗粒物，代表淤积物和防护石料；在沙槽区的下游端连接尾水池；尾水池中含有过滤装置。通过计算一定蓄水量下，一定闸门开度下，一定流速下的水流工况中冲刷的颗粒物所占蓄水区水量的百分比含量，衡量水流的挟沙能力。本发明模拟闸下水流对细颗粒的淤积物和粗颗粒的防护石料的输移机理，可操作性强，具有工程实用价值。

摘要： 本发明公开了一种基于挟沙力变化的河漫滩平均高程确定方法，该方法采用公式计算得到复式断面不同水位条件下横向断面的流速分布，根据悬移质水流挟沙力公式计算得到水位挟沙力关系曲线。为了判别挟沙力随水位的变化速率，本发明进一步建立了挟沙力曲线斜率与水位的关系，捕捉该关系曲线上的斜率最小极值点，该极值点对应的高程即为河漫滩的代表高程。本发明方法不需要人为判别滩槽分界点就可以确定河漫滩高程，克服了传统方法需要事先人为判别滩槽分界点的不足。

摘要： 本发明提供一种基于水流挟沙能力的造床流量计算方法，包括以下步骤：步骤1.选取水库下游冲积平原河流典型河段的滩槽格局分明的断面；步骤2.计算典型断面的挟沙力指标S′*；步骤3.计算典型河段造床流量；步骤4.校核造床流量计算值。本方法贴合水库下游河段实际冲淤过程，通过分析河段自身河道形态特征，从水流塑造河床的基本原理挟沙能力出发，针对不同河段采用与之适应的方法，同时对于计算值可以进行自校核，能更为简单且准确的计算出某时段河段的造床流量，且本方法所需资料较之已有方法更易收集，实用性更强。

摘要： 本发明公开一种闸下水流挟沙模拟方法，设置一装置，包括：蓄水区、闸门、沙槽区和尾水池；所述蓄水区的出口处设置闸门，紧邻出口延续设置沙槽区，沙槽区内放置有粗细不均匀的颗粒物，代表淤积物和防护石料；在沙槽区的下游端连接尾水池；尾水池中含有过滤装置。通过计算一定蓄水量下，一定闸门开度下，一定流速下的水流工况中冲刷的颗粒物所占蓄水区水量的百分比含量，衡量水流的挟沙能力。本发明模拟闸下水流对细颗粒的淤积物和粗颗粒的防护石料的输移机理，可操作性强，具有工程实用价值。

摘要： 本发明涉及一种用于高速水流环境中防止水流扰动的底沙采样器，属于水利工程技术领域。本发明所述的用于高速水流环境中防止水流扰动的底沙采样器，至少包括一个用于采样的采样筒，沿所述采样筒轴向的一个端面设有尾门，采样筒相对于尾门的另一端部为采样口，其采样口上连接铰链；沿采样筒的筒身上设有锚杆。本发明提供的用于高速水流环境中防止水流扰动的底沙采样器，保护泥沙样品免受高速水流冲击造成样品扰动粗化的底沙采样器，解决了在高速高速水流环境下现有底沙采样器难以时时满足姿态平衡要求、对样品受高速水流扰动保护力度不足的问题。

摘要： 本实用新型公开一种用于测试闸下水流挟沙能力的实验装置，其包括水体区、闸门、沙槽区和尾水池；在具有一定容水量的水体区的出口处设置闸门，紧邻出口延续设置沙槽区，沙槽区放置有粗细不均匀的颗粒物，代表淤积物和防护石料；在沙槽区的下游端连接尾水池；尾水池中设置有过滤装置，通过计算过滤下来的颗粒物量，计算水流的挟沙能力。本实用新型模拟闸下水流对细颗粒的淤积物和粗颗粒的防护石料的输移机理，该装置结构简单，操作方便，能够准确截取并计算水流的挟沙量，可操作性强，具有工程实用价值。

摘要： 本实用新型公开了一种测量气动冲沙挟沙能力的试验装置，包括水筒机构和气排机构，所述的气排机构设置在水桶机构中，所述的水筒机构包括筒身，所述的筒身的一侧设有水槽。本实用新型的优点在于：1、所构建的水筒与水槽形成循环结构，在试验期间做到一次放水多次利用，体现了节约能源的理念；2、试验时流量、水深、气压等因素均可根据需求人为控制；水筒整体由透明有机玻璃组成，便于观测整体试验，使得试验过程更为清晰；3、可通过设计改变排气装置的喷嘴的角度及孔径的变化，试验研究范围更全面广泛；4、该系统可为后续进行气动冲沙相关的理论研究提供帮助，为该技术的深入研究和广泛引用提供科学依据和借鉴价值。

摘要： 高速挟沙水流空蚀破坏试验装置，包括基座，基座上设有水箱，水箱包括内外套设的内筒和外筒，内筒的内腔连通有第一进水支管和第二进水支管，第一进水支管和第二进水支管的出水端共同连通有主管道，主管道上设有用于观察混凝土试件空蚀破坏的空蚀段；空蚀段的底部设有底座，底座上设有多个便于实时采集各测压点压力的测压孔，空蚀段的顶部设有用于放置混凝土试件的安放盒，主管道的出水端分流为第一支管、第二支管和第三支管，第一支管、第二支管和第三支管的出水端均与内筒的内腔连通。本发明易于模拟各种含沙量、粒径以及级配等对挟沙高速水流空蚀破坏的影响，有效控制水流空化数，通过观察混凝土试件的空蚀程度，可以分析空蚀破坏的强度。

摘要： 高速挟沙水流空蚀破坏试验装置，包括基座，基座上设有水箱，水箱包括内外套设的内筒和外筒，内筒的内腔连通有第一进水支管和第二进水支管，第一进水支管和第二进水支管的出水端共同连通有主管道，主管道上设有用于观察混凝土试件空蚀破坏的空蚀段；空蚀段的底部设有底座，底座上设有多个便于实时采集各测压点压力的测压孔，空蚀段的顶部设有用于放置混凝土试件的安放盒，主管道的出水端分流为第一支管、第二支管和第三支管，第一支管、第二支管和第三支管的出水端均与内筒的内腔连通。本实用新型易于模拟各种含沙量、粒径以及级配等对挟沙高速水流空蚀破坏的影响，有效控制水流空化数，通过观察混凝土试件的空蚀程度，可以分析空蚀破坏的强度。