非均匀沙输移及沙波运动特性

发布时间：2017-09-07 06:49

  本文关键词：非均匀沙输移及沙波运动特性

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【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。
【关键词】：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
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV142.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 符号说明7-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 非均匀沙不平衡输沙研究11-12
• 1.2.2 冲淤过程中床沙级配的调整12
• 1.2.3 猝发现象与床沙输移级配分布的关联研究12
• 1.2.4 目前沙波运动特性的研究12-14
• 1.2.5 基于沙波运动的输沙率研究14
• 1.3 目前研究存在的根本问题及挑战14-16
• 2 研究内容与技术路线16-19
• 2.1 研究内容与拟解决的关键问题16-17
• 2.1.1 研究内容16
• 2.1.2 拟解决的关键问题16-17
• 2.2 研究方法与技术路线17-19
• 2.2.1 研究方法17
• 2.2.2 研究技术路线17-19
• 3 试验方案设计19-37
• 3.1 试验装置19-22
• 3.1.1 试验水槽及供水系统19-21
• 3.1.2 流量及水位测量系统21-22
• 3.2 试验水流特征值与试验沙22-27
• 3.2.1 流量22
• 3.2.2 水温22
• 3.2.3 水深与水位22-24
• 3.2.4 流速24-25
• 3.2.5 试验沙25-27
• 3.3 试验步骤27-29
• 3.3.1 放水27-28
• 3.3.2 试验数据采集28-29
• 3.3.3 泥沙级配及比重试验29
• 3.4 小结29-37
• 4 试验结果分析37-60
• 4.1 基于底层能量传递的沙纹形成及发展机理37-44
• 4.1.1 泥沙运动层划分37-38
• 4.1.2 水流运动的分层与能量传递38-40
• 4.1.3 沙纹形成模型40-41
• 4.1.4 沙纹发展成沙垄及沙波面上泥沙的运动41-44
• 4.2 沙波特性与床沙交换44-58
• 4.2.1 沙波的不规则系数44-46
• 4.2.2 沙波的归宿46-48
• 4.2.3 床沙垂向交换及床沙分层48-52
• 4.2.4 床沙沿程交换52-57
• 4.2.5 推移质输沙率57-58
• 4.3 小结58-60
• 5 结论与展望60-62
• 5.1 结论60
• 5.2 展望60-62
• 攻读硕士学位期间参加的科研实践及发表的论文62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67

【共引文献】

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本文编号：808049