次饱和悬移质浓度垂线分布规律研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘萌 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 陈东 |
| 关键词 | 悬移质 豪斯道夫 垂线分布 非平衡态 非正常扩散 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 作为与人类生活息息相关的重要河流，长江在为人们带来便利的同时也经常带来灾害。为了趋利避害并有效利用河流资源，一系列的大规模水利工程在长江干支流上被兴建并投入使用。三峡水库修建后，上游来沙大量沉降于库区，下泄水流含沙量大幅降低，坝下游泥沙处于次饱和状态，河道遭受冲刷。学者们从水库淤积、坝下泥沙输移、冲淤、级配变化等方面开展了诸多研究，而有关非平衡态悬移质泥沙浓度垂向分布的研究则相对较少。此外，现有的工作大多从基于菲克定律的传统扩散方程出发，不能描述紊流猝发带来的非正常扩散现象。因此，亟待进一步深入研究。本文以三峡下游的荆江河段为例，研究该河段在三峡工程运行前后输沙模式的变化，以及非平衡与平衡态状态下的悬移质泥沙含沙量垂线分布的差异。根据野外观测数据，结合室内试验，推导可以描述非正常扩散的豪斯道夫分形导数形式的不平衡悬移质泥沙浓度垂向分布方程。主要研究内容和成果为： 平衡态和非平衡态紊流猝发特征对比分析：本研究在长江水利委员会长江科学院沌口科研基地开展了水槽实验，在水槽的进水口附近与尾门附近设置了两个断面，分别代表泥沙条件的平衡与非平衡状态。依据不同的距左距离和距床面距离设置了测量点，组成每个断面3条实验测量垂线，并根据不同的流量条件进行相关的批次测量。实验中使用三维声学多普勒流速仪测量获得沿垂线分布的流速等相关数据，使用虹吸采样器采集获得水样，水样经过实验室处理获得垂线各点含沙量。基于紊流猝发理论对实验中所获得的流速和含沙量数据进行分析分类，发现了平衡态与非平衡态紊流猝发特征存在明显差异，为豪斯道夫分形导数方程的建立奠定基础。 豪斯道夫分形导数方程的建立与应用：本文从紊流猝发诱发非正常扩散的机理出发，推导提出了非平衡态悬移质泥沙垂线分布豪斯道夫分形导数方程，并推得其解析。我们通过水槽实验数据与荆江河道的实际测量数据,验证了新方程的适用性。通过与Rouse方程以及韩其为方程对相同数据进行拟合结果的对比，证明了豪斯道夫分形导数新方程的优势，并以不同模型与实际测量值的均方根误差值为辅助，以定量方式佐证了豪斯道夫分形导数新方程的优势。最后，探讨了分形维数的物理含义，以及其对悬移质泥沙粒径和非平衡程度的响应规律，随着泥沙颗粒变细，非平衡程度绝对值增大，分形阶数变小。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 130 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199819]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘萌. 次饱和悬移质浓度垂线分布规律研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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