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第一部分 异重流水力学3

第1章 本书讨论的内容和泥沙问题的研究方法3

1.1 本书讨论的内容3

1.2 泥沙工程研究方法7

1.2.1 工程师的经验8

1.2.2 水力计算、解析计算和数值计算（数学模型）9

1.2.3 模型试验和水槽试验10

1.2.4 原型观测11

1.2.5 综合分析研究11

参考文献13

第2章 异重流问题研究的范围——不同工程领域和不同学科的异重流运动14

2.1 异重流问题研究发展状况及各学科范围14

2.2 不同学科的异重流运动17

2.2.1 气象学17

2.2.2 海洋学和地质学21

2.2.3 港口与航运工程21

2.2.4 水利工程学23

2.2.5 给水工程25

2.2.6 化学工业25

2.2.7 矿冶工程26

2.2.8 环境工程26

参考文献27

第3章 异重流基本方程29

3.1 异重流交界面无掺混时的二层流方程29

3.1.1 异重流运动方程29

3.1.2 恒定异重流30

3.1.3 盐水楔31

3.2 计及交界面上水体掺混和底部泥沙交换的浑水异重流基本方程31

3.3 一维异重流空间运动方程33

3.4 异重流流速和含沙量分布34

3.5 二层流的阻力系数37

参考文献40

第4章 异重流潜入现象和潜入点判别数41

4.1 潜入水流特征41

4.2 横向潜入水流43

4.3 潜入点判别数和异重流发生条件46

4.4 含细泥沙高浓度浑水潜入点判别数52

参考文献53

第5章 交界面水量掺混临界流速与掺混（卷吸）系数54

5.1 不同环境下的交界面掺混54

5.2 异重流交界面界面波失去稳定的条件和起动流速55

5.2.1 交界面界面波失去稳定时的起动流速55

5.2.2 浮泥起动流速实验56

5.2.3 异重流交界面界面波失去稳定的条件60

5.3 盐水卷吸掺混系数64

5.4 泥沙异重流交界面的掺混系数67

参考文献73

第6章 异重流孔口出流75

6.1 异重流孔口出流参数的定义75

6.2 前人实验和分析研究成果77

6.2.1 二层流孔口出流77

6.2.2 密度线性分布的异重流孔口出流80

6.2.3 异重流孔口出流时出流浓度的变化82

6.3 盐水异重流泄出层厚度与极限吸出高度的研究成果的比较83

6.4 浑水异重流孔口出流的物理过程与孔口前含沙量分布85

6.5 异重流孔口出流的概化图形86

6.5.1 异重流孔口出流时出流浓度的变化86

6.5.2 概化模型的建立86

6.6 浑水异重流孔口出流试验88

6.6.1 浑水异重流二元孔口出流泄沙88

6.6.2 浑水异重流方孔排沙89

6.7 水库实测资料分析90

6.7.1 三门峡水库实测异重流孔口出流90

6.7.2 官厅水库1956年异重流孔口排沙92

6.8 孔口距底高度参数对浑水异重流孔口出流的影响94

6.9 小结96

参考文献97

第7章 异重流前锋104

7.1 异重流头部流速（锋速）的理论分析104

7.2 异重流头部的形状106

7.3 异重流前锋速度109

7.4 船闸交换水流的分析与实验110

7.4.1 O'Brien的动量平衡原理分析111

7.4.2 Abraham的分析：能量平衡111

7.4.3 Yih（1947）的分析111

7.4.4 Keulegaa的实验（1957,1958）112

7.4.5 周华兴船闸交换水流试验115

7.4.6 Middleton（1966）盐水和塑料沙浑水异重流头部运动实验117

7.4.7 Lam的实验与陈国谦、李行伟的计算结果117

7.4.8 引航道含黏土浑水异重流前锋初速119

7.5 Simpson的水槽异重流前锋实验120

7.6 表层与中层异重流锋速实验123

7.6.1 表层异重流锋速123

7.6.2 中层异重流锋速124

参考文献129

第8章 斜坡上的急流异重流131

8.1 陡坡上盐水异重流131

8.1.1 实验结果131

8.1.2 Britter、Linden的分析133

8.2 浑水急流异重流134

8.2.1 实验情况134

8.2.2 实验基本现象的分析135

参考文献140

第9章 垂向含沙浮射流运动141

9.1 引言141

9.2 垂向浮射流外缘扩展角142

9.3 静止流体中的浮射流断面流速分布和浓度分布143

9.4 卷吸系数144

9.5 含沙垂向浮射流含沙浓度的稀释146

9.6 垂向浮射流前锋流速150

9.7 静水环境中垂向浮射流至底部后形成的异重流152

9.8 流动环境水流中垂向泥水浮射流运动156

9.8.1 浮射流受环境水流作用下沿射流轴线运动轨迹与密度稀释度的观测157

9.8.2 底部挟沙顺水异重流和逆水异重流的锋速与环境流速的关系160

参考文献163

第10章 非连续浑水异重流的实验研究Ⅰ：浑水异重流槽宽突变时的局部掺混164

10.1 有关异重流变速流的工作简述164

10.2 掺混的物理现象164

10.2.1 纵向水量掺混165

10.2.2 纵向负掺混现象165

10.2.3 局部的水体掺混165

10.3 异重流流经突然扩宽段时的流态分析165

10.3.1 异重流流经突然扩宽段时包含局部水量掺混系数的动量方程的推导165

10.3.2 浑水异重流槽宽突然扩宽的水槽试验167

10.3.3 实验数据的分析169

10.4 槽宽缩窄169

10.4.1 槽宽缩窄时的动量方程的推导169

10.4.2 浑水异重流在突然缩窄段内流动的水槽实验170

10.4.3 试验资料的分析172

10.5 小结172

参考文献173

第11章 非连续浑水异重流的实验研究Ⅱ：内部水跃175

11.1 内部水跃的流态与水量局部掺混175

11.2 内部水跃的分析176

11.3 异重流内部水跃的实验177

11.3.1 异重流稳定内部水跃的实验资料177

11.3.2 移动内部水跃的实验资料180

11.4 小结181

参考文献181

第12章 非恒定异重流实验与计算183

12.1 不恒定异重流实验与特征线法计算183

12.1.1 非恒定异重流水槽试验183

12.1.2 异重流平均运动方程183

12.1.3 特征线法求解非恒定异重流186

12.2 非恒定异重流空间运动方程187

12.2.1 运动方程187

12.2.2 连续方程188

12.2.3 隐式差分方程及求解189

12.2.4 虚拟零边界191

12.3 小结193

参考文献193

第13章 异重流的冲刷194

13.1 大陆架海洋底部的异重流194

13.2 潼关断面高含沙异重流196

参考文献200

第14章 异重流对工程的影响201

14.1 引言201

14.2 水库异重流各种流动类型202

14.2.1 不能流到坝址的异重流204

14.2.2 库水位下降时的异重流运动204

14.2.3 水库和河道汇合处异重流造成的影响206

14.3 坝前异重流浑水楔淤积211

14.4 异重流流至坝前的泥沙淤堵的实例216

14.5 进入盲肠水域的异重流淤积216

参考文献217

第二部分 泥沙工程221

第15章 水库淤积Ⅰ：水库泥沙调查221

15.1 北方水库泥沙调查221

15.1.1 三盛公枢纽221

15.1.2 渭河魏家堡渭惠渠渠首堰223

15.1.3 闹德海水库224

15.1.4 宝鸡峡水库225

15.1.5 水磨沟水库227

15.2 水库淤积形态的特点228

15.2.1 洪水时的淤积228

15.2.2 滩面淤积末端和主槽淤积末端的相对位置230

15.2.3 主槽冲刷比降231

15.3 南方水电站泥沙问题调查234

15.3.1 推移质输沙数量235

15.3.2 水库淤积形态239

15.4 水库变动回水区泥沙问题242

15.4.1 受壅水影响的泥沙淤积242

15.4.2 变动回水区的航道冲淤变化244

第16章 水库淤积Ⅱ：水库水沙运动物理现象251

16.1 水库内水沙运动251

16.1.1 蓄水过程中的水沙运动251

16.1.2 泄水过程中的水沙运动253

16.2 水库淤积的不同形态254

16.2.1 三角洲滩面塑造过程256

16.2.2 异重流淤积和浑水水库259

16.2.3 滩地淤积比降259

16.3 回水淤积和汇流区倒灌淤积261

16.3.1 回水淤积过程261

16.3.2 汇流区的水沙倒灌263

16.4 水库冲刷266

16.4.1 沿程冲刷和溯源冲刷266

16.4.2 洪水过后主槽冲刷267

16.5 库区上段冲刷下段淤积的流态269

16.6 水库不同运行方式时的淤积和冲刷270

16.6.1 蓄水水库271

16.6.2 滞洪水库271

16.6.3 蓄清排浑运用273

16.6.4 骤降水位冲刷274

16.7 淤积对工程的影响276

16.7.1 库首回水区的淤积276

16.7.2 来自支流或进入支流的泥沙淤积影响277

16.7.3 库容的损失277

16.7.4 泥沙进入电厂进水口277

16.7.5 引航道内的淤积278

参考文献278

第17章 水库淤积Ⅲ：水库异重流排沙280

17.1 前人的观测研究简况280

17.2 水库中异重流现象280

17.2.1 异重流的形成280

17.2.2 异重流的运动282

17.2.3 异重流的沉淀286

17.3 若干水库异重流排沙情况288

17.4 水库中异重流的排沙数量估算295

17.4.1 异重流在水库中持续运动的条件295

17.4.2 异重流的出库沙量的概化图形296

17.4.3 异重流出库沙量的近似计算方法298

17.5 异重流出库沙量实测值同计算值的比较302

参考文献307

第18章 水库淤积Ⅳ：保持库容的方法309

18.1 减少入库泥沙的方法309

18.1.1 利用水土保持措施以减少入库泥沙309

18.1.2 利用植被网截留泥沙312

18.1.3 高含沙水流的旁泄313

18.2 利用水流作用增加排沙量的方法314

18.2.1 洪水期的流量调节314

18.2.2 异重流排沙325

18.3 库内淤沙的排除335

18.3.1 降低库水位利用水流冲沙335

18.3.2 疏浚344

18.3.3 虹吸347

参考文献350

第19章 水库淤积Ⅴ：水库可持续使用库容的研究353

19.1 库容保持所需的条件353

19.1.1 水库地形353

19.1.2 底孔的设置354

19.1.3 运用方式354

19.1.4 水库有富裕水量356

19.1.5 足够的泄量356

19.2 长期可用库容的容积356

19.2.1 长期有效库容的容积356

19.2.2 出库输沙率357

19.2.3 主槽冲刷宽度和主槽边坡358

19.2.4 汛期淤积和滩地比降361

19.2.5 洪水后主槽的冲刷362

19.2.6 现存水库的长期可用库容363

参考文献364

第20章 水库淤积Ⅵ：底孔设置和坝址选择365

20.1 底孔的作用365

20.2 西班牙老坝366

20.3 若干设置底孔的坝368

20.4 孔口设置存在的问题实例377

20.4.1 碧口水电站377

20.4.2 盐锅峡水电站378

20.4.3 刘家峡水库的孔口问题378

20.4.4 三门峡水库380

20.5 坝前异重流淤堵底孔闸门和排沙洞淤堵机理分析380

20.6 底孔设置与坝址选择：规划设计382

20.6.1 三角洲滩地淤积382

20.6.2 排沙孔口高程与泄流量的确定383

20.6.3 可持续使用库容385

20.6.4 国内外有关底孔设计运用的经验387

20.6.5 底孔与坝址选择389

参考文献390

第21章 沉沙池Ⅰ：沉淀池异重流的实验和分析392

21.1 我国沉淀池研究简况392

21.2 泥沙沉淀的分析395

21.2.1 异重流空间运动方程395

21.2.2 悬移质运动扩散方程396

21.3 浑水异重流壅水沉淀397

21.4 粉煤灰壅水异重流沉淀400

21.5 利用分层流原理含黏土浑水和粉煤灰壅水沉淀的沉淀池设计方法402

21.5.1 含黏土浑水的沉淀403

21.5.2 粉煤灰沉淀池的设计方法404

参考文献404

第22章 沉沙池Ⅱ：低浓度泥沙在海水中的沉淀与冲刷试验405

22.1 水槽沉淀试验与水沙流态405

22.2 淤积试验资料分析414

22.2.1 悬移质运动扩散方程414

22.2.2 淤积试验含沙量沿程的变化416

22.3 冲刷试验方法419

22.4 槽底淤泥冲刷现象的描述和冲刷资料分析422

22.5 苏北夸套挡潮闸下游引河的海水冲刷实测资料分析424

22.6 沉沙池尺寸的设计427

参考文献428

第23章 沉沙池Ⅲ：海水沉淀池中黏土淤积和冲刷二维数值计算429

23.1 淤积和冲刷试验和原体观测简况429

23.2 扩散方程及其边界条件430

23.3 淤积计算432

23.3.1 出现异重流流态情况下的淤积计算432

23.3.2 明渠流含沙量分布的淤积计算434

23.4 冲刷计算436

23.4.1 水槽试验资料的计算436

23.4.2 夸套闸下游河段水流冲刷时的计算439

23.5 小结440

参考文献441

第24章 挖槽回淤Ⅰ：船闸引航道的异重流淤积443

24.1 京杭运河穿黄水槽试验443

24.1.1 异重流初始头部速度444

24.1.2 水槽内的淤积量的估计446

24.1.3 分离流速447

24.1.4 回流区的淤积449

24.2 船闸上下游引航道内淤积的调查和现场观测资料分析450

24.2.1 山东德州漳卫运四女寺运河船闸引航道淤积451

24.2.2 章江水轮泵站船闸引航道淤积451

24.2.3 黄河东风渠渠首引水渠关闸时的淤积452

24.2.4 西津水电站引航道的淤积情况454

24.2.5 青山运河淤积情况455

24.2.6 长江葛洲坝第一期围堰建成后引航道口门淤积和异重流情况457

24.3 引航道异重流泥沙淤积的分析464

24.3.1 异重流淤积的物理现象464

24.3.2 “盲肠”河段内异重流淤积的分析465

24.4 结语472

参考文献473

第25章 挖槽回淤Ⅱ：长江口航道异重流淤积分析474

25.1 盐水楔的实验结果474

25.1.1 盐水楔方程474

25.1.2 盐水楔实验476

25.2 长江口盐水楔482

25.3 长江口航道浑水楔486

25.3.1 长江口盐水楔与浑水楔486

25.3.2 长江口盐水楔端部位置486

25.3.3 流向上游方向和下游方向的净输沙量487

25.3.4 河口浅滩的淤积数量489

25.4 长江口风浪掀沙异重流形成的航道内浮泥淤积490

25.4.1 挖槽内浮泥淤积观测490

25.4.2 滩面上大风天异重流运动的观测492

25.4.3 水流和波浪作用下异重流潜入的实验495

参考文献496

第26章 挖槽回淤Ⅲ：淤泥质海滩引潮沟内的淤积497

26.1 模型比尺的确定497

26.1.1 利用原型淤泥作为模型沙的条件下淤积相似条件和模型变率的确定497

26.1.2 定床模型中淤积和冲刷相似条件498

26.1.3 潮流流向海岸时的沿程含沙量变化率相似的取得499

26.1.4 模型泥沙冲淤时间比尺的设计500

26.2 引潮沟朝向对沟内淤积量的影响501

26.3 引潮沟内淤积发展以及口门淤积对沟内潮位的影响503

26.4 沟内淤积物的粒径级配505

26.5 引潮沟的淤积速度507

26.6 模型淤积率与天然淤积率的比较508

26.6.1 引潮沟水流流态和影响沟内淤积量因素的定性分析508

26.6.2 现场实测淤积率资料510

26.6.3 模型试验结果与天然淤积的比较511

26.7 小结511

参考文献511

第27章 挖槽回淤Ⅳ：河口段滩地挖槽引水渠的淤积分析513

27.1 滩地引水渠挖沟段内泥沙淤积量的估计513

27.1.1 滩地水流和泥沙运动状态513

27.1.2 堤外滩地挖沟部分的淤积形态517

27.1.3 滩地开挖段内淤积率的影响因素517

27.1.4 滩地挖沟段的淤积率518

27.2 堤内引水渠淤积量估算方法519

27.2.1 谏壁电厂引水渠水沙运动与淤积率521

27.2.2 谏壁电厂引水渠淤积量的估计521

27.3 小结522

参考文献523

第三部分 泥沙沉淀和饱和含沙量水槽实验527

第28章 紊流中泥沙扩散的实验研究527

28.1 紊流中泥沙运动方程527

28.2 颗粒运动的扩散系数529

28.3 颗粒在紊流中沉落情况531

28.4 紊动水流中单粒泥沙沉淀时的运动轨迹和沉落点分布实验532

28.5 竖向扩散系数实验值535

28.6 讨论536

参考文献537

第29章 饱和悬沙量水槽试验538

29.1 试验目的、试验条件和安排538

29.1.1 试验设备538

29.1.2 试验用沙538

29.2 试验操作步骤541

29.3 水槽内水沙运动现象描述542

29.3.1 含沙旋涡542

29.3.2 浑水流速分布543

29.3.3 含沙量分布547

29.3.4 沙波高度548

29.3.5 临底层含沙量548

29.3.6 悬沙颗粒垂线分布549

29.4 试验资料的检验和分析方法550

参考文献559

附录560

附录1 作者著作与论文目录560

附录2 平衡渠道断面形式之研究565

附录3 《Reservoir Sedimentation Handbook》电子版讯息575

附录4 实验室与查勘照片576

附录5 英文目录584