H.A.爱因斯坦-钱宁河工模型相似律及应用
王殿常;杨胜发;刘春晶;李丹勋;王兴奎;河工模型试验在水利工程建设中发挥了重要的作用。虽然模型比尺的研究不断改进和完善，但是对于水流挟沙力、颗粒沉速及推移质运动相似等比尺仍存在一些分歧。遵循H. A.爱因斯坦和钱宁的河工模型相似理论，以河流动力学原理为基础，论证了能保证泥沙沉降和悬浮同时相似的沉速比尺，根据修正的Einstein公式推导了推移质运动的相似比尺，提出了模型变态率的限制条件。研究验证了前人经过长期的理论研究和实践应用得出的相似比尺和研究方法的可靠性，以重庆小南海电站的模型设计为例，检验了各种相似比尺选取的合理性。
基于有效剪力的Delft3D泥沙输运模型改进及应用
贾艳红;假冬冬;张佳欣;郑祥民;张熙悦;面向河口数字孪生，针对Delft3D默认泥沙模块粒径划分与输运公式选择失配于河口“水沙两相流”特征，导致含沙量被系统性高估的问题，提出两项改进：一是考虑紊流猝发下床沙、推移质与悬移质的动态互转，取消经验性粒径阈值，使输运项与颗粒谱(细粒絮凝、粗粒起动)在统一框架协同求解；二是引入有效剪力扩展算法，消除对河流比降的依赖，使相应的挟沙力公式适用于潮汐等非恒定过程。以鸭绿江口为例的数值试验表明，改进模型对含沙量的拟合优于默认方案，能更真实再现冲淤演变；同时，挟沙力公式理论参数固定，无需人工标定参数，使得改进模型表现出良好的稳健性和可移植性；此外，改进方案考虑了河口泥沙浮泥的絮凝效应，有效提升了Delft3D在河口数字孪生中的适用性与决策支撑能力。
底孔形状对坝前冲刷漏斗的影响试验研究
李岳衡;卢新华;水库淤积影响水电站取水安全，通过底孔拉沙在坝前形成冲刷漏斗是实现多沙河流水库取水“门前清”的常用手段之一。现有研究多关注水动力与泥沙因子对冲淤平衡状态下冲刷漏斗尺寸的影响，而对底孔形状的影响探讨较少。在过流面积和作用水头相同的条件下，以圆孔和方孔为代表，通过系列水槽试验对比底孔形状对冲刷漏斗形成过程及几何尺寸的影响，并进一步探究底孔上游布置结构物(以薄矩形柱为代表)时二者的区别。研究表明，在相同试验条件下，无论底孔上游是否布置结构物，圆孔与方孔形成的平衡冲刷漏斗最大冲深相对偏差不超过9.5%,横坡与纵坡相对偏差分别小于3.8%和2.6%。
粗糙床面非均匀颗粒分选作用下的团聚特性试验研究
杨长睿;张鹏;郭率;邓乐乐;关见朝;张磊;非均匀泥沙颗粒活动对河床演变及稳定性影响显著。为探究在水流分选作用下非均匀颗粒的团聚特性，采用不同粒径颗粒开展水槽试验研究。在不同水流条件下，通过高清摄像拍摄非均匀颗粒的运动过程。颗粒在水流分选作用下形成四种类型团聚体，包括条型、弧型、三角型、菱型。条型头部捕获颗粒形成颗粒堆积；尾部颗粒挤靠力减弱，大颗粒在水流作用下移动，使条型向弧型转变。弧型尾部受水流干扰发生推移，演化为闭合的三角型与菱型。采用占比差值判断团聚体稳定性，条型和弧型受水流影响显著，稳定性相对较弱，菱型稳定性最强，三角型次之。本研究系统揭示了非均匀颗粒在水流分选下的团聚特性与演变规律，为河床稳定性调控提供了量化依据。
基于协同学理论的黄河水沙响应机制与阈值研究
杨啸宇;缴健;屈博;窦希萍;曹民雄;江恩慧;基于协同学理论，识别了黄河不同河段的水沙系统序参量，明晰了序参量对水沙动力因子的响应机制。结果表明：上游序参量为三湖河口平滩流量，主要受汛期来水控制，与汛期出库水量、汛期水流过程参数成正比。中游序参量为潼关高程，和三门峡水库运用方式相关，与全年泄流比和排沙比成反比。下游序参量为孙口平滩流量，同时受上游水沙条件制约，与全年出库水量、汛期水流过程参数成正比，并与汛期来沙系数成反比。通过建立二者间的定量响应关系式，计算得到了维持黄河水沙平衡条件下，刘家峡、三门峡和小浪底水库的水沙动力因子调控阈值，为黄河水沙系统调控提供参考。
基于马卡维耶夫法与地貌-水文指标的造床流量综合确定研究——以老哈河为例
吴博;李光华;田付玮;造床流量是河流地貌演变与生态修复的核心参数。传统单一方法在确定造床流量时存在显著不确定性。基于老哈河兴隆坡水文站采用马卡维耶夫法计算的多年平均输沙功率相应造床流量，河道形态地貌学识别的平滩流量，以及水文统计不同保证率对应的流量值，引入熵权法构建了加权综合判定模型。综合确定老哈河兴隆坡站的综合造床流量为286 m3/s，并通过河道多年平均形态及历史演变过程验证了模型的合理性。研究成果对老哈河流域的河道治理、生态流量保障及洪泛区管理具有重要的实践指导意义，同时对北方季节性、多沙性河流的造床流量计算提供方法借鉴。
中国坡面水蚀预报模型研究
江忠善 ,郑粉莉 ,武敏基于我国坡面水蚀预报模型研究成果,考虑浅沟侵蚀对坡面侵蚀产沙的重要影响,建立了我国坡面水蚀预报模型,给出了模型参数降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀影响因子的算法和采用数值。指出今后应加强土壤可蚀性因子、覆盖—管理因子和水土保持措施因子的研究与集成。利用自然坡面径流小区实测资料对模型进行验证,表明模型具有较高的预报精度,在有浅沟和无浅沟的坡面上,预报精度达88%以上。
坡面流阻力规律试验研究
姚文艺通过实验室人工降雨水槽试验，初步研究了坡面浅层均匀流及由降雨形成的浅层沿程变量流的流动阻力规律．根据试验中观察到的物理现象及对实测资料的分析，进一步明确了坡面浅层水流与一般明渠流水力特性的差别，揭示了降雨、坡度和表面粗糙度对浅层流流动特性的影响，提出了＂伪层流＂的概念，根据实测资料建立了不同流区的Ｄａｒｃｙ－Ｗｅｉｓｂａｃｈ阻力参数ｆ的定量关系式．研究成果可用于坡面流汇流计算及土壤侵蚀、产沙模拟等生产实践．
水库淤积与河床演变的(一维)数学模型
韩其为,何明民目前对泥沙运动与河床演变研究还很不够,因此泥沙输移数学模型的关键,就在于泥沙运动的方程及一些关系式是否符合实际.按照这一考虑,作者及有关合作同志多年来进行了一系列泥沙运动与河床演变的专题研究.在此基础上,从1972年起直接研究水库淤积与河床演变的数学模型,到目前为止已发展成为经过大量实际资料检验适用范围较广的一维模型. 本文阐述了水库淤积与河床演变(一维)数学模型的最基本的内容:包括水库淤积与河床变形的方程组、重要的补充计算及其公式、方程组的解法、需要的原始数据和可以输出的结果以及模型验证和投入生产的情况.
河流泥沙研究进展
王光谦;泥沙研究主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。泥沙学科体系始建于20世纪,侧重河流泥沙研究。河流泥沙运动力学基本理论包括:泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等。在长期的治河实践中,我国的泥沙科学发展迅速,主要进展包括:泥沙运动力学基本理论,高含沙水流的运动机理与理论,河流模拟的理论与技术,水库泥沙的对策与管理,河道演变规律的认识及治河工程技术等。本文对河流泥沙研究的主要进展进行简要综述。
河流泥沙研究进展
王光谦;泥沙研究主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。泥沙学科体系始建于20世纪,侧重河流泥沙研究。河流泥沙运动力学基本理论包括:泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等。在长期的治河实践中,我国的泥沙科学发展迅速,主要进展包括:泥沙运动力学基本理论,高含沙水流的运动机理与理论,河流模拟的理论与技术,水库泥沙的对策与管理,河道演变规律的认识及治河工程技术等。本文对河流泥沙研究的主要进展进行简要综述。
黄河口泥沙输运三维数值模拟Ⅰ——黄河口切变锋
王厚杰;杨作升;毕乃双;采用三维数学模型研究黄河口泥沙输运过程,并利用实测资料对模型进行了检验。数值模拟结果揭示了黄河口切变锋的时空运动过程及其对河口泥沙传输的作用。黄河口切变锋在涨、落潮时段存在两种不同的形态,分别历时2小时左右。切变锋在浅水区域产生,向深水区移动,经历2小时左右消失,它的产生是由于近岸区域与10 m深线以外区域的潮汐相位差所导致。切变锋对河口泥沙的向海传输有重要的阻隔作用,导致河口泥沙集中在切变锋的向岸一侧随落潮流向北侧传输,在涨潮时河口向海排沙量降低,少量泥沙随涨潮流沿岸向南传输。长期的地貌演化表明切变锋对河口的淤积和侵蚀分区有重要的控制作用,导致河口泥沙在其向岸一侧沉积,是长时间尺度的河口地貌演化对短时间尺度河口沉积动力过程的重要响应。
近30年土壤侵蚀模型研究进展
郭兴月;王添;程圣东;李占斌;土壤侵蚀模型是定量预测土壤侵蚀程度的一种重要方法，对“山水林田湖草沙冰”系统治理具有重要意义。为进一步认识国内外土壤侵蚀模型研究进展，了解前沿方向，运用CiteSpace与VOSviewer软件，分析1991-2020年国内外土壤侵蚀模型的研究进展。以中国知网核心期刊和WoS数据库核心馆藏为数据源。分析结果显示，目前国内该领域的研究前沿方向是：优化不同土壤种类条件下的土壤侵蚀模型；将遥感技术与模型改进相结合，提高预测精度；以解决实际应用问题。国际的研究前沿方向是通过指纹识别技术示踪河道泥沙来源，逆推不同地区的侵蚀泥沙产出占比；解决黄土高原易侵蚀引起的高产沙问题。
基于Flow-3D的圆柱形桥墩局部冲刷大涡模拟
张曙光;尹进步;张根广;为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和最大冲坑深度,基于Flow-3D软件的水动力学模块和泥沙输运模块对桥墩附近局部冲刷进行了三维数值模拟。以Melville冲刷试验为原型,采用LES大涡模拟方法,模拟了桥墩附近湍流流场。以床面瞬时切应力作为泥沙起动、输移条件,采用Van Rijn输沙率公式计算床面冲淤。采用FAVOR技术追踪河床形态变化,得到了桥墩附近局部冲刷形态。经实测资料验证,计算结果与模型实测的冲坑形态及最大冲坑深度基本吻合。
