拟焦沙起动流速试验研究

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一种观测泥沙起动运动和测量起动流速的模型试验装置[实用新型专利]

专利名称：一种观测泥沙起动运动和测量起动流速的模型试验装置
专利类型：实用新型专利
发明人：宋欢,马志敏,邹先坚,石青
申请号：CN201620071797.9
申请日：20160125
公开号：CN205317446U
公开日：
20160615
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种观测泥沙起动运动和测量起动流速的模型试验装置，包括由电源(1)、激光光源(2)和激光柱面镜(3)组成的光源系统；由摄像机(4)、视频图像采集卡(5)和计算机(6)组成得视频图像采集处理系统；由双通道循环玻璃水槽(7)、变频器(8)、水泵(9)、稳流器(10)、水管(11)、拦沙网(12)和挡光板(13)组成的水循环控制系统。

在观测泥沙起动运动和测量起动流速时，将激光光源系统产生柱面平面光照亮床底泥沙，摄像机拍摄照亮的床面泥沙运动情况，并把视频图像传输到计算机上处理，观测泥沙起动运动情况，分析泥沙颗粒浓度，从而实现泥沙起动流速的测量。

本实用新型具有分辨率高、实时性强、直观可视、操作方便快捷的优点。

申请人：武汉大学
地址：430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
国籍：CN
代理机构：武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
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对泥沙起动流速公式的验证与分析

对泥沙起动流速公式的验证与分析作者：柯帅张凯来源：《卷宗》2018年第23期摘要：利用多组天然河流资料以及模型试验资料，运用相关系数法、最小距离法、集中系数法和偏离系数法对选取的5组具有代表性的公式进行验证和分析。

结果表明：虽然各检验方法的侧重点有所不同，但四种验证方法的结果都表明张红武、卜海磊公式在计算泥沙起动流速时精度更高、适用性更强；说明其更加适合计算天然河流的泥沙起动流速，可作为工程设计的参考。

关键词：天然河流；泥沙；起动流速；公式验证经过200多年的发展，国内外学者利用模型试验和现场观测得到了许多起动流速的公式[1]。

但是由于泥沙具有随机性和复杂性，泥沙起动流速如何确定到现在还没有完全解决，现有公式大多属于半经验、半理论公式。

并且由于各公式在推导的过程中存在考虑资料来源和理论基础的不同，公式的形式、适用范围以及精度也相差较大。

在工程实际中如何选择比较精确的起动流速的公式也是科研人员和工程师所关心的问题。

本文利用多组天然河流资料以及模型试验资料，对部分起动流速公式进行了验证与分析。

1 验证方法起动流速计算公式验证主要是比较起动流速实测值与计算值的接近程度，以及实测值点群与计算值点群分布是否相似。

目前常用的方法有经验判别法、关系数法、最小距离法、集中系数法、偏离系数法以及聚类分析法[2]，因不同判别方法的依据不同，为客观的对各公式进行验证，以表示实测样本集，以表示计算样本集，选取上述方法中的四种对起动流速公式进行验证。

1.1相关系数法相关系数法以两样本间的线性相关度作为评价指标。

本文采用夹角余弦相关系数：（1）其中为实测值与计算值的协方差，、分别表示实测值、计算值的方差。

相关系数R越大说明公式计算值与实测值相关性越好，即预测精度越高，反之，相关性越差。

1.2 最小距离法距离是聚类统计量的一种，它可以描述两样本间的相近程度，两样本间的距离越小表明越相近，当距离为0，则两样本完全相同。

本文使用常用的欧氏距离，鉴于本文中样本的变异范围较大，应使用Z标准化对样本集处理并得到新的样本集。

河床泥沙起动流速公式修正及可靠性验证

河床泥沙起动流速公式修正及可靠性验证闫红杰;史雅君;周萍;李欢【摘要】在河床泥沙起动的瞬间,颗粒与水相互作用,具有相同的速度.所以在研究泥沙起动流速的时候既要考虑水体对河床泥沙的影响,又要考虑河床泥沙对水体的影响.通过探寻河床有效切应力与水体流速梯度的关系;并考虑河床泥沙内部渗流作用对泥沙起动流速的影响推导出新的均匀泥沙起动流速公式.将此公式与实验资料及前人推导公式进行对比,结果表明本公式的计算精度符合工程应用标准,能弥补采用经典流速分布公式研究泥沙起动流速时的不足;并能较好地应用于组成成分为粗粉土、沙与砾石的泥沙研究中.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)017【总页数】5页(P297-301)【关键词】河床泥沙;有效切应力;渗流;起动流速【作者】闫红杰;史雅君;周萍;李欢【作者单位】中南大学能源科学与工程学院,长沙410083;中南大学能源科学与工程学院,长沙410083;中南大学能源科学与工程学院,长沙410083;中南大学冶金与环境学院,长沙410083;长沙环境保护职业技术学院,长沙410004【正文语种】中文【中图分类】TV142在河床演变、航道回淤、泥沙污染沉积治理等工程领域中河床泥沙起动的研究是不可忽视的基础性研究。

19世纪末，Du Boys在研究泥沙运动时，考虑泥沙在起动的瞬间会受到一个临界拖曳力的作用，从而提出一个基于静摩擦力原理的简单拖曳力理论。

自此之后，Einstein 等[1]基于统计理论对泥沙运动时的拖曳力进行了无量纲的分析与研究。

Bagnold[2]采用物理学的基本概念，利用总机械能守恒的原理，建立了推移质运动公式。

Rouse根据Shields及他人的试验资料绘测出著名的Shields曲线并推导出泥沙起动的拖曳力公式。

此公式曾一度被欧美工程师用作判别泥沙初始运动的唯一准则[3]。

不过，基于流场和剪切力场之间的关系，更多的学者则是通过研究流速来判定泥沙的起动。

条子泥滩地粉细沙起动流速试验研究

２０１５年６月
水运工程
Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｉｎｒｇ
Ｊｕｎ．２０１５
Ｎｏ．６ＳｅｒｉａｌＮｏ．５ｏ４
第６期
总第５０４期
工条（１子泥滩陈海地英粉，尹细家春沙，起王费动新流，张速试忱。验研究
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇＺｈａｎｇＲｕｉｊｉｎ，ＤｏｕＧｕｏｒｅｎ，ＴａｎｇＣｕｎｂｅｎ，ｅｔ１ａ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｔｅｒｄｅｐｔｈｓａｒｅｔｅｓｔｅｄｂｙｉｎｄｏｏｒｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｓ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｓｅｖｅｒａｌｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ
ｏｆｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｔｏｅ，ｔｈｕｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｈａｌｌｂｅｔａｋｅｎ．Ａｐｐｒｏｐｉａｒｔｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖｅｌｏｃｉｔｙ．ＴｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｉｆｎｅｓｉｌｔｙｓａｎｄｓａｍｐｌｅｄｆｒｏｍｔｈｅｔｏｐｓｏｉｌａｔＴｉａｏｚｉｎｉｂｅａｃｈｕｎｄｅｒ

正负坡上均匀散粒体泥沙起动流速的研究

泥沙起动是泥沙运动理论以及河流动力学研究的基本问题之一，国内外学者一直有着深入的研究。
泥沙起动在实际水利工程中应用广泛，例如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、土石坝渗流稳定性等都与之有着密切的联系。泥沙起动的判别标准主要包括起动流速、起动切应力、起动功率等；起动模式有滚动和滑动两种，研究方法有力学方法、统计方法和两者结合的方法。有关平坡上泥沙起动问题，钱宁、万兆惠 …考虑了床面粗化过程对泥沙起动的影响，研究了非均匀沙的起动问题。窦国仁通过考虑瞬时作用流速，得到三种起动状态间的关系，克服了起动切应力和起动流速间的不协调。冷魁在非均匀床沙暴露度变化规律的基础之上，对无黏性非均匀沙的起动规律进行了研究，得到了非均匀沙起动流速的计算公式。张小峰、谢葆玲将概率论的相关知识引入泥沙起动的研究中，得到了考虑起动概率因素下的泥沙起动流速计算公式。孙志林运用概率论与力学相结合的方法，建立了起动颗粒的作用力臂与相对暴露度的关系式，得到了非均匀泥沙颗粒分级起动的流速公式。刘兴年通过对宽级配非均匀沙的起动特点进行分析，引入非均匀沙暴露高度与泥沙粒径的关系，得到了宽级配非均匀沙分级起动流速的计算公式。何文社等将泥沙颗粒在床面的相对暴露度和

泥沙起动流速公式在天然河流中的验证

Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｂａｅｎｔｅｒｖｅｏｃｉｖｍｅｔ，ｓｖｎｓｄｍｅｔｉｃｐｅｔｖｌｃｔｏｍｕａｆｈｇｐｌｃｂｌｙｗｅｅｖｒｅｙｔｅｎｔｒｌｒｖｒ ’ ｓｄｏｈｅｉｗｆａｈｅｅｎｓｅｅｅｉｎｎｉｉｎｅｏｉｆｒｌｓｏｉｈａｐｉａｉｉｒｅｆｄｂｈａｕａｅｓｙｔｉｉｉ
公式，算结果同实测资料较为接近，用来计算天然河流起动流速，中张红武、卜磊公式的验证结果最佳。计可其海关键词：公式验证；起动流速；泥沙；天然河流文献标识码：Ａｄｉ１．９９ｊｉｎ１０ —３９２１．２０６ｏ：０３６／．ｓ．００１７．０２０．１ｓ中图分类号：Ｐ３３３
（．１华北水利水电学院，南郑州４００；．河水利科学研究院，河５０８２黄河南郑州４００；．５０３３山西黄河河务局，山西运城０４０）４００
摘
要：回顾前人成果的基础上，据天然河流资料和以轻质模型沙资料，适用性较强的各家泥沙起动流速公式进在依对
ｄｒｔｅｃｎｉｏｓｆｈａｒｄｔ，ｈｎｔｅｂｄｏｄｓｄｍｎａｓｏｔａｅｍａｕｅａｃｒｃｅｙｌｂｈａｃｌｔｎｒｓｈｆｈｅ－ｅｏｄｔｎｅｎｔ￣ａｗｅｅｌａｉｅｔｒｎｐｒｒｔｅｓｒｃｕａｙｉｖｒｗ；）ｔｅｃｕａｉｅｕｓｏｔｅｓｖｈｉｏｔｕａｈｅｔｓｏｌｏｅｒｌｏｅｓｌ，ｅｐｃａｙｕｄｒｔｅｃｎｉｏｓｏｅｌｈｏｅｓｄｍｅｔｘｅｍｅｔ）ｒｌｔｅ，ｔｅｃｌｌｔｎｒｓｌｔｔｅｎｆｍｕａｉｍｒｉａｓｅｉｌｎｅｈｏｄｔｎｆｔｉｔｍｄｌｅｉｎｐｒｎ；ｃｅｉｌｈａｃａｉｅｕｔｏｈｏｓｓｍｉｒｌｉｈｇｅｉａｖｙｕｏｓ

实验三不同粒径泥沙起动流速

实验三不同粒径泥沙起动流速1实验目的了解在一定坡度下，不同粒径泥沙的起动流速，为探讨水土流失规律、制定水土保持措施规划和设计提供理论依据。

2实验材料准备及沙粒粒径组的粒径值计算将从野外采取的沙粒手工拣去石块，用标准土壤筛筛选得到一定粒径范围的分级沙粒，粒径组分别为 1.00 〜2.00 mm 0.50 〜1.00 mm 0.25 〜0.50 mm 0.10 〜0.25 mm和0.0740.10 mm计5个粒径组，筛分后每个粒径组的泥沙重量至少为 5.0 kg。

当泥沙只有一个粒径组时，常采用沙粒的几何平均值作为其平均粒径值，沙粒几何平均值的计算式如下：_______D i =V D • D b式中：D――某一粒径组的粒径平均值；D――某一粒径组的粒径上限值;D b――某一粒径组的粒径下限值。

以上制备的每一粒径组的几何平均值如下表所示。

3实验仪器及用品3.1可变坡度泥沙起动流速实验装置一套，主体设备包括一个长 2.0m、宽0.2m冲蚀槽和一个设置在其上方的溢流式可调节流量恒水位供水水箱(图 3.1 ）。

上木管溢沛管3.3红、篮液体指示剂各400 ml。

3.4测坡仪一个。

3.5记录本、铅笔、橡皮、小刀、计算器等文具用品适量。

3.6 Y250型毕托管4套。

4实验原理泥沙在水流冲击下的起动流速受到多种因素的影响，主要有泥沙的几何形状、泥沙粒径大小、地面坡度、泥沙所处边壁条件的粗糙状况、水流流量大小和其流速的高低等。

本实验为简化影响条件，选用特定形状的沙粒（花岗岩风化沙粒）和特定的边壁糙率条件（糙率为0.0020 ），通过改变沙粒粒径、地面坡度、水流流量和流速来探讨不同粒径沙粒在特定边壁条件和不同地面坡度下的起动流速。

5地面坡度设计和沙粒起动的判别标准5.1地面坡度设计地面坡度设计为5°、10°、15°、20°、25°和30° 6种。

5.2沙粒起动判别标准泥沙在水流冲击下，不可能同时起动或同时不动。

论泥沙起动流速

论泥沙起动流速窦国仁(南京水利科学研究院)摘要：本文是作者40年来研究泥沙起动公式的小结。

文中对颗粒间的粘结力、水的下压力和阻力等有关参数进行了修改。

通过瞬时作用流速，明确了三种起动状态间的关系，消除了起动切应力和起动流速间的不协调。

对导得的起动切应力公式和起动流速公式进行了较为全面的验证，说明公式较好地反映了粗、细颗粒泥沙和轻质沙的起动规律，为研究工程泥沙问题提供了实用公式。

关键词：泥沙；起动流速；临界切应力1 前言泥沙起动是泥沙运动理论中最基本的问题之一，也是研究工程泥沙问题时首先遇到的问题。

早在19世纪就提出了泥沙起动的概念，20世纪初开始了系统的研究，至今仍在继续。

作者于40年前写了“论泥沙起动流速”一文，先后发表于《水利学报》和《中国科学》外文版[1]。

其后40年中，国内外许多学者对泥沙起动问题，特别是对细颗粒泥沙和轻质沙的起动问题进行了大量研究，取得了较为丰富的资料。

在此期间本文作者结合长江葛洲坝工程、三峡工程、黄骅港工程和长江口深水航道治理工程等泥沙问题的研究，也积累了一些资料，加深了对泥沙起动问题的认识，感到有必要对泥沙起动流速公式作进一步的修改和完善。

本文就是作者40年来研究泥沙起动规律的嗅。

限于篇幅，文中未对许多学者的重要成果进行介绍，也未涉及不均匀沙中的各种特殊问题。

2 作用于床面泥沙颗粒的力对于较粗颗粒的泥沙，都是以单颗粒形式起动；对于较细颗粒的泥沙，由于粘结力和水流脉动(“扫荡”)的影响，往往以数十个或数百个颗粒组成的群体形式起动，起动后仍以单颗粒形式在水流中运动，只是在床面上留下片状痕迹。

自由沉降于床面上的颗粒群体，在其起动时所受到的各种作用力均较单颗粒时按相应倍数增大，因而在讨论力或力矩的平衡时仍可按单颗粒处理。

泥沙颗粒并不是球体，颗粒愈细偏离愈大，但仍可按球体处理，对其所引起的偏差可在确定经验系数时给予间接考虑。

为泥沙颗粒所受的重力Fg(1)式中ρs和ρ为沙粒和水的密度，g为重力加速度，d为粒径，一般均指其中值粒径，即d=d50。

泥沙起动规律及起动流速

泥沙起动规律及起动流速
嘿，朋友们！咱今天来聊聊泥沙起动规律及起动流速这个有意思的事儿。

你想想看，那河里的泥沙，就像一群小调皮，平时安安静静地待着，可一旦条件合适，它们就开始“躁动”起来啦！这泥沙啥时候会起动呢？这就得说到起动规律啦。

就好比我们人，啥时候会行动起来呢？可能是看到好吃的，可能是听到好玩的，总有个契机让我们动起来。

泥沙也一样啊，水的流速就是那个让它们动起来的契机。

当水流速慢慢变快，达到一个关键点的时候，泥沙就坐不住啦，开始跟着水流跑起来。

那这个让泥沙起动的流速有多重要呢？哎呀，这可太重要啦！如果我们不知道这个，就好比闭着眼睛过马路，多危险呀！比如说建个大坝，要是不了解泥沙起动流速，那泥沙可能就会呼呼地涌过来，大坝不就危险了嘛！再比如，航道的设计，要是不考虑这个，说不定哪天泥沙就把航道给堵住啦，船还怎么开呀！
咱再形象点说，这泥沙起动流速就像是一场比赛的起跑线。

水流速就是发令枪，一旦枪响，泥沙就开始“奔跑”啦！而且不同的泥沙，就像不同的运动员，它们起跑的速度要求还不一样呢！有的泥沙比较“懒”，得水流速很快了才肯动；有的泥沙比较“积极”，稍微有点水流就跟着跑啦。

你说这大自然是不是很神奇？这泥沙起动规律和起动流速，就像是它给我们出的一道有趣又重要的谜题。

我们得好好研究，才能解开这个谜题，才能更好地和大自然相处呀！
我们得重视这个泥沙起动规律及起动流速呀，不能小瞧了它们。

就像我们不能小瞧生活中的小细节一样，有时候一个小细节就能决定成败呢！所以呀，我们得认真对待，仔细研究，这样才能让我们的生活、我们的工程都顺顺利利的，不会被泥沙这些小调皮给捣乱啦！这就是我对泥沙起动规律及起动流速的看法，你们觉得呢？。

一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置及其试验方法[发明专利]

专利名称：一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置及其试验方法
专利类型：发明专利
发明人：柴朝晖,姚仕明,刘同宦,王茜,雷文韬,万星星,黄卫东,丁兵,栾华龙,郝婕妤,方娟娟
申请号：CN201810459029.4
申请日：20180515
公开号：CN108426698A
公开日：
20180821
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置及其试验方法，试验装置包括环形水槽主体、底座、旋转动力和升降系统、流速测量系统、采样装置和图像观测系统，所述环形水槽主体置于底座上，所述旋转动力和升降系统固定在底座右侧，所述流速测量系统和采样装置固定在环形水槽主体外壁上，所述图像观测系统固定在底座的左侧，本发明解决了现有粘性泥沙起动试验研究存在的与自然落淤有差异和人为影响较大的问题。

申请人：长江水利委员会长江科学院
地址：430010 湖北省武汉市江岸区黄浦大街23号
国籍：CN
代理机构：武汉楚天专利事务所
代理人：胡盛登
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好论文--降雨条件下坡面径流泥沙起动流速研究_韩浩

第41卷第12期2010年6月人民长江Y ang tze R i ve rV o.l 41,N o .12June ,2010收稿日期:2010-04-06基金项目:/十一五0国家科技支撑计划项目(2006BAD09B01,2006BAD 01B04-02);国家水专项(2009ZX 07212-002-003- 02);国家自然科学基金项目(50809056,40701092)作者简介:韩浩,男,硕士研究生,主要从事水力学及河流动力学、坡面侵蚀方面的研究。

E-m ai:l hanhao .hanhao @163.co m 通讯作者:高建恩,男,研究员,博士生导师,主要从事地表径流调控与利用方面的研究。

E-m ai:l gao ji anen @文章编号:1001-4179(2010)12-0049-06降雨条件下坡面径流泥沙起动流速研究韩浩,高建恩,梁改革,孟岩(西北农林科技大学水利与建筑工程学院,中国科学院水利部水土保持研究所,国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心,陕西杨凌712100)摘要:针对降雨条件下坡面径流泥沙起动规律研究中存在的问题,在前人研究的基础上,将雨滴侵蚀力引入到降雨条件下坡面径流泥沙起动受力分析过程中,建立了降雨条件下坡面径流均匀沙起动公式,进行了典型试验,并利用已有资料和典型试验资料进行了验证。

结果表明,在降雨条件下坡面径流泥沙起动研究中考虑雨滴侵蚀力的作用是合理的,且给出的公式可用于降雨条件下坡面径流及河川径流泥沙起动流速的计算。

关键词:降雨径流;坡面;起动流速;均匀沙中图法分类号:TV142.1 文献标志码:A降雨条件下坡面径流泥沙起动问题是土壤侵蚀研究人员在开展坡面土壤侵蚀研究时必须面对的基本问题之一。

水力侵蚀比尺模拟试验是研究小流域水土流失、水土保持措施优化及效益分析的有效工具,起动相似在比尺模拟试验中起着重要作用[1]。

目前,坡面径流泥沙起动规律研究多限于无降雨条件下,而对降雨条件下坡面径流泥沙起动规律的研究则较少。

李保如泥沙起动流速公式修正研究

李保如泥沙起动流速公式修正研究蔡蓉蓉;张罗号;张红武【摘要】现代水力学中近壁层流层厚度可反映边壁摩阻特性,是影响细颗粒泥沙起动的重要因素.李保如泥沙起动流速公式考虑到泥沙颗粒所处边界的水力学差异及近壁层流层对细颗粒泥沙的“隐蔽”影响,将细颗粒的摩擦系数f处理为近壁层流层厚度对细颗粒泥沙“隐蔽”作用的综合影响系数,但由于当时缺乏黏性细颗粒泥沙的试验资料,导致公式在黏性细颗粒泥沙起动流速的走向上表现不佳.本文仍采用原作者的物理图形,只是将摩擦系数f的函数由近壁层流层厚度对细颗粒泥沙“隐蔽”影响项与重力作用项两项组成,进一步将前者表示为“近壁层流层厚度δ与泥沙粒径D之比”即δ/D的指数形式,并在推导δ/D的表达式时直接用曼宁公式表示谢才系数C而引入糙率n,经过实测起动流速资料分别确定指数与系数后,即得出新的泥沙起动流速公式.利用大量实测资料验证表明,尽管不去考虑概念难以判明且难以定量描述的黏结力及附加下压力的复杂影响,且也不考虑流速沿水深的分布计算公式如何表达,但只要合理考虑近壁层流层厚度对细颗粒泥沙起动的影响,同样能够建立出同时适用于黏性及散粒体泥沙的起动流速公式.【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2019(050)005【总页数】8页(P547-554)【关键词】泥沙;起动流速;近壁层流层厚度;摩擦系数;统一公式【作者】蔡蓉蓉;张罗号;张红武【作者单位】清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;河海大学水利水电学院,江苏南京210098;清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TV1421 现有泥沙起动流速公式的简况研究泥沙起动问题具有重大的科学意义与实践价值，有助于理解河床冲淤变形规律，对航道运渠等的设计［1］起到决定性作用。

研究泥沙起动问题时，往往从泥沙起动流速入手，早在200多年前，法国人杜步华就采用了试验方法观测了泥沙运动与流速的关系［2］，之后国内外科研工作者从各个角度进行了大量相关研究［3］。

水流作用下泥沙起动实验报告(二类参照)

水流作用下泥沙起动实验报告第一章实验说明1.1实验目的本实验为配合河流动力学中水流作用下泥沙起动部分的教学而设置。

通过实验希望达到以下目的：1.学习在水槽中通过测量流速推算床面摩阻流速和表观糙率的方法；学习水流作用下泥沙起动条件的测定方法，通过实际观察泥沙的起动过程，加深对泥沙起动现象的感性认识；2.通过实验仪器的操作，学会用螺旋流速仪测试流速的基本方法，提高动手能力；3.结合泥沙起动相关理论的学习，加深对泥沙起动理论的理解；4.提高数据整理、分析和实验报告的编写能力。

1.2实验要求1．实验之前，预习泥沙起动的相关理论，包括Shields 理论、窦国仁公式及武水公式。

2．实验过程中仔细观察泥沙起动情况，特别注意床面泥沙运动特征随水流强度变化而变化的情况。

3．认真完成实验过程的每个环节，包括水流速度、水深、水温的数据采集等。

4．认真编写实验报告，客观、真实地记录实验过程的主要步骤，清晰表达所观测的数据，注意尽量使用图表等表达实验结果，并将观测结果与相关理论结果进行对比，最后对所取得的结果进行分析和评价1.3实验设备装置实验所需仪器和设备包括自循环波流实验水槽、沙盘、螺旋流速仪、温度计、钢尺、沙样等。

1.4实验原理1、泥沙起动标准河底泥沙在水流条件较弱时处于静止状态。

随着水流强度的增强，泥沙将出现一个由静止状态转为运动状态的突变过程，称为泥沙起动，而相应泥沙起动时的临界水流条件称为泥沙起动条件，可用垂向平均流速、床面摩阻流速或床面剪应力等指标来表征。

由于水流的脉动性、泥沙颗粒的不均匀性以及泥沙在床面上排列方式的差异等因素的影响，泥沙起动条件具有一定随机性，表现为即使是均匀沙也不会同时进入起动状态。

但从统计角度看，泥沙起动条件仍然具有确定性。

实际泥沙起动实验中，克雷默（H. Kramer）曾将泥沙起动程度划分为轻微起动、中等强度泥沙起动和普遍起动三个标准。

轻微起动时，床面只有屈指可数的沙粒开始起动；中等强度泥沙起动是指进入起动状态的泥沙颗粒数量难以计数；而普遍起动是指全部泥沙都进入起动状态，并伴随有床面变形。

基于B超成像的泥沙起动流速测量方法

基于B超成像的泥沙起动流速测量方法
马志敏;邹先坚;赵小红;许明;陶维亮
【期刊名称】《水科学进展》
【年(卷),期】2015(26)1
【摘要】床面上泥沙颗粒的起动测量一直是泥沙运动规律研究的难题。

为此,提出了一种基于B超成像技术的泥沙起动流速测量方法。

在模型试验水槽中,该方法利用B超仪获取水下地形及其附近粒子的运行图像,通过图像处理技术分析统计床面附近运动粒子的成像光斑个数,并分析其与流速之间的关系。

结果表明,B超成像光斑个数在泥沙起动过程中存在一个突变过程,且该突变过程与泥沙起动运动相对应,可用来判定泥沙起动及其对应的起动流速,并利用该流速下的床面地形变化验证了该方法的正确性。

该方法具有无扰动无干扰、适合于清水和浑水、易于实现自动化测量的特点。

【总页数】7页(P59-65)
【关键词】起动流速;泥沙运动;B超图像;模型试验;床面地形
【作者】马志敏;邹先坚;赵小红;许明;陶维亮
【作者单位】武汉大学电子信息学院;长江科学院河流研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TV142
【相关文献】
1.复合坡泥沙起动机理及起动流速的探讨 [J], 刘丽;杨成渝;何光春
2.基于概率统计理论的泥沙起动流速研究 [J], 吴彰松;张根广;寇潭;高远;李林林
3.泥沙起动概率与起动流速 [J], 张小峰;谢葆玲
4.基于热红外成像的坡面薄层水流流速测量方法 [J], 张艳;史海静;郭明航;赵军;展小云;丁成琴
5.泥沙颗粒生长生物膜后起动的实验研究——Ⅱ.起动流速计算 [J], 方红卫;尚倩倩;府仁寿;何国建
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部，拍实、刮平，测量控制好沿程坡降；测量床面高程及沿程 ②
布设的测针零点；关闭尾门， ③ 自水槽末端慢慢加水，透沙样浸
５起动流速公式的推导
现有研究资料表明，响起动流速的主要因素包括泥沙粒影径、泥沙容重、隙率、孔水深以及泥沙的其他物理化学性质等。为便于观察起动流速的变化规律，者对现有资料进行了拟笔
摘
要：通过水槽试验进行了拟焦沙的起动流速试验，ｄ。别为００４、．１、．２、．２、．３以分．０００７００３００９００４ｍｍ和００３ｒ．４ｎｍ
的６组泥沙为例，导出了个别动、量动、推少大量动和扬动情况下拟焦沙的起动流速公式。
第３第３期３卷２１０１年３月
人
３．．ＮＯ３
Ｍａ．２ｌｒ．Ｏｌ
ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲ
【文・沙】水泥
拟焦沙起动流速试验研究
任艳粉郭慧敏刘恺，，
（．河水利科学研究院，南郑州４００；．南黄河勘测设计研究院，１黄河５０３２河河南郑州４００）５０３
００４、．２．０００３和００３ｍ．４ｍ的泥沙为例）见表１～表３。将数据计算分析整理后点绘出拟焦沙的起动流速（个别
动、量动、量动、动）水深的关系曲线，图ｌ少大扬与见～图３。
２试验步骤
具体步骤为：将制备好的模型沙均匀地铺在玻璃槽底 ①
试验是开展动床模型试验的前期预备试验之一。为满足一些
３起动状态的判别标准
流速视床面沙粒的运动状态分为４个阶段观测，个别即动、量动、量动和扬动４级。少大（）别动。纵向床面上有可数的颗粒开始作断断续续的１个移动，过寻找才能发现。经（）量动。纵向床面ｊ出现少量颗粒的间歇滚动，运２少其动状态有一定的连续性，可连续观测到。（）量动。纵向床面上出现大量颗粒滚动，运动状态３大且有较明显的连续性，运动速度和连续性均比少量起动增强。其（）动。整个纵向床面上的颗粒呈带状形式运动，有４扬并部分模型沙被扬起（现阵发性的烟雾状扬起）水槽中的水开出，
关键词：水槽试验；起动流速公式；拟焦沙
文献标识码－Ａｄｉ１．９９ｊｉｎ１０ —３９２１．３０２ｏ：０３６／．ｓ．００１７．０１０．１ｓ中图分类号：Ｐ３３３
模型沙起动流速是模型设计的重要依据之一，而起动流速
收稿日期：００２２２１—０－０
后检查沙面，若有凹凸变形，则进行修整； ④继续从水槽末端慢慢加水，待水面全部淹没模型沙后将电动阀门打开，并逐步加大进水量至需要的流量； ⑤调节水位的同时观察模型沙起动的情况，当模型沙达到各种起动标准时，出相应的水位，可以读也通过调节尾门保持水位不变，逐步加大流量； ⑥测量垂线流速；
１、５ｌ、３ｍ及２ｌ１、９２７ｍ处安装精度为０１ｍ的固定测针实时．ｍ
测量水位，其余水位用活动测针测量，水槽尾部采用转向闸门
调整水位。
通过试验实测，得的起动流速试验数据（ｄ。别为获以分
０．３ｍｍ。０４
光电旋桨流速仪辅助配合。由直流电机驱动水泵通过自循环
系统为水槽供水，电磁流量计控制流量。为了稳定进入水槽水流的流态，在水槽的进口设有２ｍ长的消能段。在距进口３７、、
始变浑浊。
模型沙粒径变幅大、泥沙细等特点，黄河水利科学研究院对清
华大学黄河研究中心首次研制成功的新型模型沙材料 — — 拟焦沙进行了起动流速试验。采用的沙样总共有６组非均匀沙，中值粒径为００４～．４．０００３ｍｍ。
图１试验水槽平面布置
水槽有效观测段长２采用断面法计算平均流速，以４ｍ，并
４起动流速试验成果
试验中主要观测在进口以下１４～１处、水槽两壁２～６ｍ距１ｍ部分泥沙颗粒的起动情况。本次试验选用了６组颗粒级０ｃ配，ｄ其分别为００４００７００３００９００４ｍｍ和．０、．１、．２、．２、．３
１试验设备
拟焦沙的起动流速试验在长３高０５ｎ、０４ｍ的固０ｍ、．ｌ宽．定玻璃水槽中进行。试验水槽平面布置见图１。
消能段１测针测针３测针４测针５测针６测针７测针尾门＃