刘明潇,Michele Guala ,孙东坡

(1. 华北水利水电大学水利学院,河南 郑州 450046；2. St. Antony Fall Laboratory,University of Minnesota,Minneapolis 55414,USA)

河流床面泥沙颗粒(以下简称粒子)的随机状态受粒子与近底水流相互作用以及床面边界效应的影响,是研究推移质输移规律的基础。从微观视角揭示粒子行为特征与近底水沙相干机制是泥沙科学继续发展的一个重要理论突破点[1]。借助先进的PIV/PTV(激光测速/粒子跟踪)技术开展对床面粒子间歇运动精细追踪观测,获取准确可靠的粒子运动特征值和等待参量,剖析“粒子运动- 休息循环间歇过程”的物理机制等,这些基础研究工作都离不开可靠的试验数据支撑。

在微观层面进行粒子尺度的推移质实验研究方面,国内学者胡春宏[2]较早使用高速摄影技术获取粒子运动轨迹,探索粒子间歇位移的随机性,分析了粒子步长、跃高的统计规律,指出粒径、水流强度、边界条件是床面粒子随机运动的重要影响因素；白玉川等[3]在试验研究基础上考虑床面粒子各阶段受力情况,分析了跃移参数的确定性关系及其统计分布规律。国外学者Hassan等[4]通过在天然河流中放入大量示踪剂,观测洪水过后示踪粒子位移的概率分布,进而研究推移质的扩散特征；Roseberry等[5]和Fathel等[6]借助水槽实验研究发现,粒子速度顺流向分量和横向分量的概率分布均表现为类指数函数特征,分布特征参数受水流强度影响,粒子速度的指数分布特征也已有初步试验验证。但目前对试验研究结果尚存一些分歧,有研究者认为粒子运动停时应服从指数分布形式,也有研究者认为粒子停时应服从“双隆起分布”,由快、慢速输移机制所引发的时间尺度分离效应与分布特征有关[7]。……