推移质泥沙运动理论模型及运动过程计算

天津大学硕士学位论文推移质泥沙运动理论模型及运动过程计算姓名：陈有华申请学位级别：硕士专业：水力学及河流动力学指导教师：白玉川20090501中文摘要泥沙颗粒按其运动形式的不同，可以分为接触质、跃移质、层移质和悬移质等四个部分，本文针对其中的接触型和跳跃型推移质泥沙运动，建立了运动理论模型和力学方程。分析研究了接触型推移质运动的非线性动力学特性、导出了接触型推移质运动时的平衡输沙方程、泥沙希尔兹起动曲线表达函数。通过研究发现泥沙的起动、推移质泥沙的平衡输沙以及床面形态由平整到沙垄等不同发展阶段，受推移质运动过程的非线性特征所控制，床面形态从平整到沙垄的演化与否，是由推移质泥沙运动过程的突变特性所决定，其关键的因素是离散力的作用。通过对接触性推移质泥沙运动状态的分析，从理论上得到了高强度输沙的情况下，床沙移动速度逐步增大，床面进入高度活跃状态，床面形态(沙纹、沙垄)的出现；而当床沙移动速度趋于无穷大时，就意味着床面可能发生层移乃至河揭底现象，在理论上揭示了床面层移及河揭底的力学机理。分析研究了跳跃型推移质运动的非线性动力学特性，初步建立了其运动时的平衡输沙方程，理论上推求了泥沙由起动一扬动一悬移的变迁过程。通过对跳跃型推移质运动方程的解析及理论分析，初步得出了非平衡输沙状态下的泥沙运动速度及输沙特性。通过理论与实验的对比，确定了所建立的接触型推移质运动平衡输沙方程中的有关参数，并就此公式与相关推移质输沙公式及水槽实验进行了比较，说明该公式可以描述实际推移质输沙情况。关键词：接触型推移质；跳跃型推移质；理论模型；非线性特征；输沙ABSTRACTAccordingtothemotionform，sedimentparticlesareclassifiedintofourtypes：contactload，saltationload，layerloadandsuspendedload．Inthepaperthemotiontheorymodelandmechanicalequationarebuiltupaimingatsedimentmotionofcontactloadandsaltationload．NonlinearDynamicsofcontactloadmovementisanalyzedandstudied，andtheequilibriumsedimenttransportequationofcontactloadmovementandthefunctionexpressionofShieldscurvearededuced．Researchshowsthatsedimentincipientmovement,equilibriumsedimenttransportandthedifferentbedformstransformationfromlevelingtolongitudinalduneareallbynonlinearcharacterofbedloadmovement．Whetherthebedformtransformsfromlevelingtolongitudinaldunearedeterminedbycatastrophecharacteristics，whosekeyfactoristheactionofdispersiveforce．Byanalyzingthemotionstateofcontact10admovement，itCanbeobtained廿latintheoryundertheconditionofthehighsedimenttransportintensitythemovingvelocityofbedmaterialwouldgraduallyenlargedandthebedsurfacegetsintothestatusofhiglllyactive，thenbedforms(forexamplesandrippleandsanddune)occurs；Whenthemovingvelocityofbedmaterialtenstoinfinite，itmeansthatstratificationofbedsurfaceandthephenomenonofrippingupthebottommaybeOccur，anditsmechanicalmechanismisrevealed．Byanalyzingandstudyingthenonlineardynamicsofcontactloadmovement，theequilibriumsedimenttransportequationispreliminarilyestablishedandthechangin