粗化床面上細(xì)顆粒推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究.pdf

1、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性一直是泥沙研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)，這種運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性是由于顆粒受力的不確定性導(dǎo)致的，顆粒受力不確定性的一個(gè)主要原因是粗化床面結(jié)構(gòu)的不確定性和復(fù)雜性。天然河道，尤其是沙卵石河床的粗化層往往存在小型的聚集體，這是非均勻沙床面在水流沖刷作用下的一種非常特殊的自組織現(xiàn)象。一方面其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單顆粒的大卵石，以致傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)上的粗顆粒的暴露作用被顯著的削弱；另一方面，能蔭蔽細(xì)顆粒的運(yùn)動(dòng)，使河床相對(duì)穩(wěn)定而且抗沖刷能力增強(qiáng)，然而在聚集體之間存

2、在間隙，容易形成高速通道來(lái)加劇中細(xì)顆粒的淘刷，因而它們與推移質(zhì)的輸移存在著密切的關(guān)系。為了探究粗化床面與推移質(zhì)輸移的相關(guān)關(guān)系，可以利用室內(nèi)可控水槽實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用數(shù)字圖像技術(shù)（DIPT）定量描述粗化床面上的細(xì)顆粒推移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，并分析其相關(guān)機(jī)理。
　　本文依據(jù)拉格朗日原理，借助室內(nèi)水槽實(shí)驗(yàn)獲取的實(shí)驗(yàn)過(guò)程視頻，運(yùn)用數(shù)字圖像技術(shù)（DIPT）追蹤3mm有色細(xì)顆粒推移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，獲取100顆有色顆粒在5分鐘內(nèi)的運(yùn)動(dòng)要素（位移、速度、角度），運(yùn)用

3、統(tǒng)計(jì)學(xué)原理分析，從單顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)獲取泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程參數(shù)（顆粒運(yùn)動(dòng)的速度 up、單步躍移距離 Ls、單步躍移時(shí)間Ts、單步躍移等待時(shí)間Tw）的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征。結(jié)果表明：⑴寬級(jí)配沙卵石河床在水流沖刷下容易產(chǎn)生微觀形態(tài)聚集體，遍布整個(gè)粗化床面；⑵粗化床面聚集體對(duì)細(xì)顆粒推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律存在重要的影響作用，中小顆粒運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在聚集體的屏蔽和其間隙的加速，進(jìn)而會(huì)影響混合沙各尺寸輸沙率；⑶泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有明顯的間歇性；⑷不同的時(shí)間尺度內(nèi)泥沙顆粒