异重流与泥沙工程实验与设计PDF电子书下载

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