目錄 緒論 1 1 研究意義和背景 1 2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 4 （1）現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè) 4 （2）水槽實(shí)驗(yàn) 6 （3）數(shù)值模擬 13 （4）現(xiàn)有研究的不足 18 3 本書(shū)解決的科學(xué)問(wèn)題 19 參考文獻(xiàn) 19 上篇 水槽實(shí)驗(yàn)與理論 第1章 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量技術(shù) 31 1.1 異重流發(fā)生裝置 31 1.2 層結(jié)水體生成裝置 34 1.3 溫鹽測(cè)量裝置 36 1.4 PIV系統(tǒng)與技術(shù)原理 37 1.4.1 自相關(guān)性計(jì)算 37 1.4.2 向量有效性檢驗(yàn) 39 第2章 異重流運(yùn)動(dòng)的不確定性分析 40 2.1 實(shí)驗(yàn)工況和參數(shù) 40 2.2 異重流平面形態(tài)不確定性分析 41 2.2.1 異重流三維平面形態(tài) 41 2.2.2 邊壁摩擦對(duì)異重流平面形態(tài)的影響 43 2.3 異重流運(yùn)動(dòng)過(guò)程不確定性分析 44 2.3.1 異重流頭部主要參數(shù) 44 2.3.2 異重流頭部主要參數(shù)的變異分析 45 2.3.3 異重流頭部主要參數(shù)的關(guān)聯(lián)分析 46 第3章 層結(jié)水體環(huán)境中異重流沿斜坡運(yùn)動(dòng)特性的研究 49 3.1 實(shí)驗(yàn)工況和參數(shù) 49 3.2 現(xiàn)象分析 51 3.3 PIV結(jié)果分析 53 3.4 界面不穩(wěn)定性分析 56 3.5 剖面速度分析 58 3.6 斜坡坡度和環(huán)境水體層結(jié)度對(duì)頭部速度的影響 62 3.6.1 不同斜坡坡度對(duì)異重流運(yùn)動(dòng)的影響 62 3.6.2 不同環(huán)境水體層結(jié)度對(duì)異重流運(yùn)動(dòng)的影響 63 3.7 頭部速度和分離深度預(yù)測(cè)公式建立與驗(yàn)證 66 3.7.1 沿坡異重流加速階段的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)公式建立 68 3.7.2 沿坡異重流減速階段的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)公式建立 70 3.7.3 沿坡異重流的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)公式驗(yàn)證 71 3.7.4 沿坡異重流的分離深度預(yù)測(cè)公式建立 75 3.7.5 沿坡異重流的分離深度預(yù)測(cè)公式驗(yàn)證 77 第4章 層結(jié)水體環(huán)境中異重流越障特性的研究 79 4.1 實(shí)驗(yàn)工況與參數(shù) 79 4.2 平坡實(shí)驗(yàn) 82 4.2.1 發(fā)展過(guò)程分析 83 4.2.2 越障特性分析 86 4.3 斜坡實(shí)驗(yàn) 88 4.3.1 發(fā)展過(guò)程分析 88 4.3.2 越障特性分析 91 4.3.3 分離特性研究 106 4.4 頭部速度和分離深度預(yù)測(cè)公式建立與驗(yàn)證 108 4.4.1 異重流遇障礙物的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)公式建立 108 4.4.2 異重流遇障礙物的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)公式驗(yàn)證 109 4.4.3 異重流遇障礙物的分離深度預(yù)測(cè)公式建立 111 4.4.4 異重流遇障礙物的分離深度預(yù)測(cè)公式驗(yàn)證 112 第5章 層結(jié)水體環(huán)境中異重流流經(jīng)植被群特性的研究 113 5.1 實(shí)驗(yàn)工況與參數(shù) 113 5.2 平坡實(shí)驗(yàn) 117 5.2.1 發(fā)展過(guò)程分析 117 5.2.2 局部動(dòng)力學(xué)特性分析 122 5.3 斜坡實(shí)驗(yàn) 126 5.3.1 發(fā)展過(guò)程分析 126 5.3.2 局部動(dòng)力學(xué)特性分析 131 5.4 頭部速度和分離深度預(yù)測(cè)公式建立與驗(yàn)證 137 5.4.1 異重流遇植被群的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)公式建立 137 5.4.2 異重流遇植被群的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)公式驗(yàn)證 139 5.4.3 異重流遇植被群的分離深度預(yù)測(cè)公式建立 141 5.4.4 異重流遇植被群的分離深度預(yù)測(cè)公式驗(yàn)證 143 參考文獻(xiàn) 146 下篇 數(shù)值模擬與機(jī)制 第6章 異重流運(yùn)動(dòng)的直接數(shù)值模擬模型 151 6.1 控制方程 151 6.2 邊界條件 154 6.3 數(shù)值方法 154 6.3.1 交界面平滑 154 6.3.2 對(duì)流-擴(kuò)散方程的離散 156 6.3.3 N-S方程的離散 157 6.3.4 浸入邊界法 157 6.3.5 控制方程求解過(guò)程 159 6.4 重要參數(shù) 159 6.4.1 頭部位置和頭部速度 159 6.4.2 能量變化 159 6.4.3 卷吸系數(shù) 160 第7章 泥沙異重流在層結(jié)水體環(huán)境中沿平坡運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究 162 7.1 問(wèn)題描述 163 7.2 模擬工況設(shè)置 163 7.3 模型驗(yàn)證 164 7.3.1 頭部位置對(duì)比 164 7.3.2 二維模擬結(jié)果和三維模擬結(jié)果對(duì)比 166 7.4 泥沙異重流運(yùn)動(dòng)過(guò)程 167 7.5 頭部速度 170 7.5.1 無(wú)顆粒異重流頭部速度 170 7.5.2 泥沙異重流頭部速度 172 7.6 卷吸系數(shù) 174 7.6.1 無(wú)顆粒異重流卷吸系數(shù) 174 7.6.2 泥沙異重流卷吸系數(shù) 175 7.7 能量變化 176 7.7.1 無(wú)顆粒異重流能量變化 176 7.7.2 泥沙異重流能量變化 177 第8章 泥沙異重流在均勻水體環(huán)境中沿斜坡運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究 179 8.1 問(wèn)題描述 179 8.2 模擬工況設(shè)置 180 8.3 模型驗(yàn)證 180 8.3.1 頭部位置對(duì)比 180 8.3.2 泥沙沉降對(duì)比 181 8.3.3 二維模擬結(jié)果和三維模擬結(jié)果對(duì)比 182 8.4 泥沙異重流運(yùn)動(dòng)過(guò)程 184 8.5 能量變化 187 8.5.1 動(dòng)態(tài)參考面 187 8.5.2 坡度對(duì)能量變化的影響 188 8.5.3 泥沙沉降速度對(duì)能量變化的影響 190 8.6 頭部速度 191 8.6.1 泥沙沉降速度對(duì)頭部速度的影響 191 8.6.2 坡度對(duì)頭部速度的影響 192 8.7 卷吸系數(shù) 193 8.7.1 坡度對(duì)卷吸系數(shù)的影響 193 8.7.2 泥沙沉降速度對(duì)卷吸系數(shù)的影響 195 第9章 泥沙異重流在層結(jié)水體環(huán)境中沿斜坡運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究 197 9.1 問(wèn)題描述 197 9.2 模擬工況設(shè)置 198 9.3 模型驗(yàn)證 198 9.4 泥沙異重流運(yùn)動(dòng)過(guò)程 200 9.5 頭部速度和分離深度 203 9.6 卷吸系數(shù) 204 9.7 能量變化 206 第10章 河口泥沙異重流長(zhǎng)距離輸移機(jī)制的數(shù)值模擬研究 209 10.1 模擬設(shè)置和參數(shù)定義 209 10.2 轉(zhuǎn)化過(guò)程機(jī)制分析 210 10.3 轉(zhuǎn)換時(shí)間和距離 213 10.4 討論 215 參考文獻(xiàn) 215