基于统计理论的推移质起动概率及输移规律

发布时间：2020-11-20 00:58

　　 泥沙起动概率及输移规律是泥沙运动理论以及河流动力学研究的基本问题之一,并在泄水建筑物下游冲刷坑的冲刷、桥墩周围的冲刷、水库清淤、河床演变、水沙数值模拟中广泛应用;因此,国内外学者一直有着深入的研究。本文在前人研究的基础上,对泥沙颗粒形状系数、泥沙起动的全概率、泥沙颗粒三维暴露度、表层泥沙颗粒分布概率及任意坡上泥沙起动流速及推移质输沙率公式进行研究。在本论文中,主要研究内容与结论如下:(1)本文在韩其为提出的泥沙颗粒形状系数的基础上,选用渭河杨凌段卵砾石材料,四组泥沙粒径分别为5-10mm、10-15mm、15-20mm、20-25mm。将每组泥沙颗粒分为球形、椭球形、长条形三种,测量得到了泥沙颗粒形状系数分布规律,其概率密度函数近似服从正态分布。之后,通过水槽试验验证,得到了泥沙颗粒形状对起动流速的影响机理。(2)通过理论分析,引入二维泥沙颗粒暴露度及起动概率,采用滑动模型,得到了双向坡、弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡条件下的泥沙起动流速公式;在此基础上,得到了渗流作用下岸坡泥沙起动规律,为研究岸坡冲刷及渗流稳定机理提供理论依据。在本文公式中,考虑了泥沙颗粒形状系数及相对暴露度分布规律对泥沙起动流速的影响。(3)对于床面泥沙而言,起动过程中主要受水流随机性及床面泥沙颗粒相对位置的随机性等两方面因素的影响,其中床面泥沙颗粒相对位置的随机性用相对暴露度表示。在(1)-(2)以及前人研究的基础上,同时将水流的随机性及泥沙相对位置的随机性考虑到起动概率的研究中,采用滑动起动模型,从理论上推导出泥沙起动的全概率公式。然后根据Einstein的假定,从单宽输沙率的定义出发,引入泥沙起动的全概率,得到了床面上泥沙起动的单宽推移质输沙率公式及输沙强度计算公式;通过水槽试验及野外实测资料验证表明,本文公式结构合理,计算精度较高,适用范围更广。(4)鉴于泥沙二维暴露度及暴露角是建立在二维“圆饼”的基础上,与泥沙三维形态具有较大差异;因此,将泥沙颗粒简化为三维球体,采用自行设计的试验装置,借助高分辨率照相机及后处理软件对三维模型下泥沙颗粒的暴露度、暴露角进行测量。然后使用MATLAB、EXCEL等一系列后处理软件对试验数据进行比较分析,得到了暴露度、暴露角的取值范围及分布规律。基于床面泥沙颗粒三维分布,提出三维床面表层泥沙颗粒分布概率新概念。(5)对二维、三维模型下暴露度及暴露角的分布规律进行比较分析,从而得到基于三维暴露度及起动概率的任意坡上泥沙起动流速公式。通过理论分析及试验观测,建立基于表层泥沙颗粒三维特性、泥沙起动概率的均匀推移质输沙率公式。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV142
【部分图文】：

第一章 绪论 状”，并在此基础上提出了二维暴露度及暴露角的定义。20 世纪950)引入了相对暴露度系数的概念，并对均匀沙与非均匀沙推移质输行修正。在此基础上，Paintal(1971)通过对计算床面、平均床面进行暴露度概念。韩其为(1984)最早对泥沙颗粒暴露度进行了定义，并用游次表层颗粒接触点到表层颗粒最低点之间的距离，用Δ＇=Δ/D 表示泥沙颗粒半径。如图 1-1 所示，何文社(2002)采用韩其为等学者的观颗粒di的最低点到该颗粒与其下游相邻颗粒dj最高点之间的竖向距度,即Δ=ξ·dj(ξ即表示相对暴露度)。周双等(2015)用泥沙颗粒绝对暴值定义相对暴露度,即Δ＇=Δ/D，并用所研究泥沙颗粒与下游接触颗粒向的夹角表示所研究泥沙颗粒的暴露角θ，如图 1-2 所示。

第一章 绪论 状”，并在此基础上提出了二维暴露度及暴露角的定义。20 世纪950)引入了相对暴露度系数的概念，并对均匀沙与非均匀沙推移质输行修正。在此基础上，Paintal(1971)通过对计算床面、平均床面进行暴露度概念。韩其为(1984)最早对泥沙颗粒暴露度进行了定义，并用游次表层颗粒接触点到表层颗粒最低点之间的距离，用Δ＇=Δ/D 表示泥沙颗粒半径。如图 1-1 所示，何文社(2002)采用韩其为等学者的观颗粒di的最低点到该颗粒与其下游相邻颗粒dj最高点之间的竖向距度,即Δ=ξ·dj(ξ即表示相对暴露度)。周双等(2015)用泥沙颗粒绝对暴值定义相对暴露度,即Δ＇=Δ/D，并用所研究泥沙颗粒与下游接触颗粒向的夹角表示所研究泥沙颗粒的暴露角θ，如图 1-2 所示。

即Δ＇=Δ/D，并用所研究泥沙颗粒与下游示所研究泥沙颗粒的暴露角θ，如图 1-2 所示。匀沙暴露度示意图 图 1-2 均匀沙暴露度及暴 degree of non-uniform Fig. 1-2 The exposure degree anticles uniform sediment part度的基础上，白玉川(Bai et al 2013，白玉川等 2向相对暴露度xΔ 和垂向相对暴露度zΔ 。如图 1-3 所示纵向相对暴露度和垂向相对暴露度。
【参考文献】

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本文编号：2890695