唐立模,孫會(huì)東,劉全帥

(1.河海大學(xué)水文水資源及水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210098; 2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇南京 210098)

明渠紊流與床面形態(tài)相互作用研究進(jìn)展

唐立模1,2,孫會(huì)東2,劉全帥2

(1.河海大學(xué)水文水資源及水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210098; 2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇南京 210098)

結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究動(dòng)態(tài),從明渠紊流與床面形態(tài)相互作用的研究方法、明渠紊流特點(diǎn)、紊流對(duì)沙波形態(tài)的影響、床面形態(tài)對(duì)紊流的反作用等方面對(duì)明渠紊流與床面形態(tài)相互作用進(jìn)行了綜述。當(dāng)前明渠紊流特性、二維沙波床面水沙運(yùn)動(dòng)特性等方面的研究已經(jīng)取得豐富成果,但尚不能很好地解釋天然河流中的水沙輸移機(jī)理;由于試驗(yàn)測(cè)量方法的限制,復(fù)雜床面條件下的水沙相互作用研究在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有取得突破性的成果,亟需探索和引入無(wú)干擾、高精度的三維瞬態(tài)全場(chǎng)測(cè)量技術(shù);床面幾何形態(tài)、沙波發(fā)展演變方面的研究相對(duì)成熟,但床面的穩(wěn)定機(jī)理尚存在分歧,理論模型和數(shù)學(xué)模型均不夠完善,尤其沙波內(nèi)部滲流與明渠紊流綜合作用下的床面穩(wěn)定性和泥沙運(yùn)動(dòng)特性研究還比較少,是今后進(jìn)一步探索的方向,其成果可為揭示三維沙波床面紊流與泥沙相互作用機(jī)理提供必要的前提。

明渠;紊流結(jié)構(gòu);紊動(dòng)特性;床面形態(tài);沙波演變;綜述

天然河流的流態(tài)常見(jiàn)為紊流,床面附近的近壁區(qū)是紊流研究的重要區(qū)域,水流相干結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生、沙波床面的形成與發(fā)展都是在這一區(qū)域發(fā)生。近壁區(qū)域的水流運(yùn)動(dòng)是河流泥沙運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)源,使得河道床面形態(tài)發(fā)生改變,形成沙紋沙壟等各類(lèi)床面形態(tài)。相應(yīng)地,床面形態(tài)的存在也改變了沖積河流的水流結(jié)構(gòu),對(duì)水流阻力和泥沙輸移均產(chǎn)生影響。水流結(jié)構(gòu)與床面形態(tài)相互作用、相互影響,研究二者間的相互作用機(jī)理是泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論課題,其成果對(duì)于研究明渠泥沙輸移機(jī)理、河道沖淤演變規(guī)律以及河道中污染物輸移機(jī)制等課題都有重要意義。本文總結(jié)分析了近年來(lái)明渠紊流與床面相互作用的研究成果,并對(duì)這一問(wèn)題的研究方向進(jìn)行了展望。

1 明渠紊流與床面形態(tài)相互作用的研究方法

目前,明渠紊流結(jié)構(gòu)與床面形態(tài)相互作用的研究方法主要包括試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬兩大類(lèi),試驗(yàn)研究又分為定床試驗(yàn)和動(dòng)床試驗(yàn)。定床試驗(yàn)通過(guò)概化二維或三維床面形態(tài)模擬真實(shí)床面,動(dòng)床試驗(yàn)是在床面鋪沙且形成床面形態(tài)條件下研究紊流結(jié)構(gòu)、分析床面形態(tài)特征。定床條件由于對(duì)真實(shí)床面做了簡(jiǎn)化且少了床面這一可動(dòng)邊界,紊流結(jié)構(gòu)較易測(cè)量,但是其結(jié)果和真實(shí)床面有差異;對(duì)動(dòng)床情況,床面邊界可動(dòng)給紊流觀測(cè)帶來(lái)很大的困難,目前動(dòng)床試驗(yàn)主要用于研究床面的形態(tài)特征、床面發(fā)展演變等。紊流結(jié)構(gòu)的測(cè)量?jī)x器包括:聲學(xué)多普勒流速儀(ADV)、粒子圖像測(cè)速儀(PIV)、激光多普勒流速儀(LDV)等,床面特征的測(cè)量可以采用超聲地形儀測(cè)量、停水后用測(cè)針測(cè)量和用攝像機(jī)拍攝測(cè)量等方法。

數(shù)值模擬在精確模擬床面形態(tài)、增強(qiáng)流場(chǎng)可視化效果、節(jié)約試驗(yàn)成本等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。常用的數(shù)值模擬方法有直接數(shù)值模擬(DNS)法和大渦模擬(LES)法。直接數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確,但計(jì)算量大,只適用于小雷諾數(shù)和中等雷諾數(shù)情況,不適用于較高雷諾數(shù)情況;大渦模擬由于對(duì)控制方程進(jìn)行了簡(jiǎn)化,精度要低于直接數(shù)值模擬。Bhagangar等[1]在摩阻雷諾數(shù)Re子=400時(shí),采用DNS法模擬計(jì)算了床面粗糙形態(tài)對(duì)水流的影響;Robert[2]采用DNS法研究了雷諾數(shù)對(duì)明渠水流的影響,其模擬最大雷諾數(shù)達(dá)到590;Imran[3]通過(guò)DNS法研究了Re子=619時(shí),床面存在凸起條件下渦結(jié)構(gòu)的特性,其對(duì)渦結(jié)構(gòu)的模擬需要更大的計(jì)算量。從這些研究的計(jì)算條件可以看出,直接數(shù)值模擬方法受到計(jì)算量的限制,摩阻雷諾數(shù)只能局限于中等強(qiáng)度,有一定的局限性。在大渦模擬方面,Bomminayuni等[4-6]成功地模擬了粗糙床面、二維概化沙紋條件下的紊流結(jié)構(gòu),他們的計(jì)算成果都和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好,但尚未擴(kuò)展到動(dòng)床條件下的模擬。

2 明渠紊流特點(diǎn)

2.1 明渠紊流的時(shí)均流速

Nezu等[7]對(duì)光滑明渠水流進(jìn)行了研究,根據(jù)水流距壁面的距離將水流分為主流區(qū)和近壁區(qū),以壁面的法向?yàn)閥向,水深為h,y/h＜0.2的區(qū)域稱為近壁區(qū),y/h≥0.2的區(qū)域稱為主流區(qū);又將近壁區(qū)分成黏性底層、對(duì)數(shù)區(qū)、過(guò)渡區(qū)三部分。各區(qū)的流速分布見(jiàn)表1,表中:

式中:U為瞬時(shí)流速;U*為摩阻流速;ν為運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù);h為水深。表1中κ、A、П為常數(shù),其中A= 5.29±0.47,κ=0.412±0.11,隨著底坡或弗勞德數(shù)的增加,A有減小的趨勢(shì),陳興偉等[8]認(rèn)為樣本容量對(duì)A值有一定的影響,樣本容量增大時(shí),A更趨于穩(wěn)定。

表1 流速垂線分布

2.2 明渠紊流的紊動(dòng)特性

Nezu等[9-11]對(duì)明渠紊動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行了研究,認(rèn)為各個(gè)方向的紊動(dòng)強(qiáng)度與相對(duì)水深成指數(shù)關(guān)系,邊壁附近處因受空間的限制,紊動(dòng)強(qiáng)度為零,離邊壁稍遠(yuǎn),紊動(dòng)強(qiáng)度迅速增大達(dá)到一個(gè)峰值,主流區(qū)垂向紊動(dòng)強(qiáng)度接近摩阻流速,縱向紊動(dòng)強(qiáng)度大于垂向紊動(dòng)強(qiáng)度。Song等[12]對(duì)挾沙情況下的明渠水流紊動(dòng)特性進(jìn)行了研究,同樣得出紊動(dòng)強(qiáng)度沿水深符合指數(shù)分布的結(jié)論。

Nezu等[9-11]還分析了明渠紊流的雷諾應(yīng)力分布規(guī)律,認(rèn)為近壁區(qū)由于黏性底層的影響,雷諾應(yīng)力從床面開(kāi)始由零增加到最大值,該極值一般位于0.1～0.2倍水深處,然后垂向正向呈線性遞減趨勢(shì),在自由水面處減小到零,雷諾應(yīng)力在外區(qū)服從線性分布。Yang[13]通過(guò)理論分析建立了雷諾應(yīng)力與床面剪切力和速度分布的理論模型,并根據(jù)實(shí)測(cè)雷諾應(yīng)力值和速度分布情況來(lái)反推床面剪切力,這是傳統(tǒng)的測(cè)量方法很難做到的。Auel等[14]通過(guò)LDV試驗(yàn)研究了非恒定流條件下的雷諾應(yīng)力影響因素,認(rèn)為雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)對(duì)雷諾應(yīng)力分布不產(chǎn)生影響,而寬深比對(duì)其影響明顯,邊壁處的雷諾應(yīng)力比中心處大20%～50%。

2.3 明渠紊流的紊流結(jié)構(gòu)

毛野等[15]采用流場(chǎng)綜合分析法將流動(dòng)顯示與計(jì)算機(jī)圖像處理相結(jié)合,對(duì)紊動(dòng)猝發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行了研究,結(jié)果表明雷諾數(shù)增大時(shí),噴射更多的由單體噴射變?yōu)槿后w噴射,噴射角度、噴射和清掃的尺度有增加的趨勢(shì)。紊流的猝發(fā)是擬序的,但是紊流發(fā)生的時(shí)間和位置是隨機(jī)的,前人大多采用平均猝發(fā)周期來(lái)反映猝發(fā)的頻率。Noguchi等[16]通過(guò)PIV試驗(yàn)對(duì)清水條件下噴射和清掃的平均猝發(fā)周期進(jìn)行了研究,統(tǒng)計(jì)認(rèn)為平均猝發(fā)周期的概率分布服從對(duì)數(shù)分布,噴射和清掃的平均周期幾乎相等,TUmax/h≈1.83。

以往研究表明,渦結(jié)構(gòu)是紊流內(nèi)部的大尺度結(jié)構(gòu),發(fā)夾渦是一種用來(lái)描述紊流相干結(jié)構(gòu)演變的模型。Adrian[17]認(rèn)為發(fā)夾渦的發(fā)展模型能夠作為渦量傳輸、近壁區(qū)動(dòng)量傳輸和紊動(dòng)能傳輸?shù)囊环N解釋方式,但是水流紊動(dòng)并不是完全由發(fā)夾渦導(dǎo)致,因?yàn)榱魉偬荻纫材軌虍a(chǎn)生水流紊動(dòng)。Herpin等[18]對(duì)流向渦進(jìn)行了研究,得出相似的結(jié)果,并認(rèn)為在床面附近各渦之間相互影響強(qiáng)烈,當(dāng)距床面超過(guò)一定距離時(shí),各渦相互獨(dú)立;同時(shí)還建立了渦密度模型,即隨著水深的增加,渦密度增加,并有相同的旋度,流向渦和橫向渦的渦半徑在不同的雷諾數(shù)下,無(wú)量綱值的變化趨勢(shì)是一致的,但受空間分辨率的影響其絕對(duì)值不同,渦半徑隨水深的增加而增加,在對(duì)數(shù)區(qū)增長(zhǎng)緩慢。Roussinova等[19]通過(guò)正交分解法對(duì)明渠紊流的紊動(dòng)猝發(fā)和渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示均勻動(dòng)量區(qū)的空間變化與渦結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相匹配,流動(dòng)顯示結(jié)合象限分析法更能從本質(zhì)上分析渦結(jié)構(gòu)對(duì)紊流的影響。

由以上分析可知,對(duì)明渠紊流的研究目前已經(jīng)取得相當(dāng)多的成果,對(duì)流速分布規(guī)律、紊動(dòng)特性分布規(guī)律等也已經(jīng)較全面地了解,但對(duì)紊流擬序結(jié)構(gòu)的研究,定性研究較多,定量研究成果尚未獲得共識(shí),紊流結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生機(jī)理還不明確。隨著逐漸成熟的二維、三維PIV流場(chǎng)瞬時(shí)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,通過(guò)對(duì)流場(chǎng)樣本的大規(guī)模采集和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,紊流擬序結(jié)構(gòu)研究有望取得更多的突破。

3 紊流對(duì)床面形態(tài)的影響

天然河道中,隨著水流的增強(qiáng),河流床面會(huì)出現(xiàn)沙紋、沙壟、平整過(guò)渡、逆行沙壟等不同形態(tài)。研究紊流對(duì)床面形態(tài)的影響,主要包括床面發(fā)展不同階段幾何形態(tài)特征研究、床面形態(tài)隨時(shí)間發(fā)展變化研究、沙波的形成與演化機(jī)理研究等方面。

3.1 沙波幾何形態(tài)的影響因素

3.1.1 小沙紋的幾何形態(tài)

小沙紋是床面發(fā)展成沙紋之前的狀態(tài),在緩流條件下形成,小沙紋隨時(shí)間的推移發(fā)展成沙紋、沙壟。Coleman[20]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出小沙紋的表達(dá)式:

該式不適用于層流。隨后Coleman等[21]又給出了小沙紋適用層流條件的表達(dá)式:

式中:Λ為小沙紋波長(zhǎng);D為泥沙粒徑;Re*為沙粒雷諾數(shù)。由式(1)和式(2)可知,明渠層流和紊流條件下,小沙紋的產(chǎn)生有一種相似的機(jī)制,水流紊動(dòng)的研究是小沙紋成因分析的基礎(chǔ),水流特性和沙紋形成存在著內(nèi)在的相關(guān)關(guān)系。Rauen等[22]通過(guò)漸變寬度的水槽試驗(yàn),統(tǒng)計(jì)分析得出小沙紋的高度符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布,小沙紋的最大高度為7mm,波高表達(dá)式可寫(xiě)為

此外,Baas[23]也進(jìn)行了此方面的研究,獲得了類(lèi)似的成果。

3.1.2 沙紋的幾何形態(tài)

3.1.3 沙壟的幾何形態(tài)

沙壟屬于大尺度床面形態(tài),沙壟的波長(zhǎng)正比于水深。van Rijin[27]針對(duì)低水流能態(tài)區(qū)和過(guò)渡區(qū)的沙壟床面形態(tài),提出了明確床面形態(tài)尺度的方法,得出的沙壟波長(zhǎng)Λd≈7.3h;Yalin等[24]通過(guò)大量試驗(yàn)分析得出沙壟波長(zhǎng)Λd≈6 h,二者的結(jié)論很相似,認(rèn)為沙壟的波長(zhǎng)和水流相干結(jié)構(gòu)的水平猝發(fā)長(zhǎng)度相同,這說(shuō)明水流結(jié)構(gòu)和床面形態(tài)有一定的相關(guān)性。

Mark等[28]通過(guò)水槽試驗(yàn)研究沙波形態(tài),結(jié)果表明當(dāng)寬深比大于10時(shí),床面形態(tài)特征值(包括各個(gè)點(diǎn)的波高、波長(zhǎng)、波峰的高度、波谷的高度)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差呈線性關(guān)系,寬深比小于10時(shí)呈指數(shù)關(guān)系;當(dāng)選取床面特征值的概率密度在95%以上的值來(lái)估算床面特征值時(shí),床面形態(tài)特征值的平均值與其標(biāo)準(zhǔn)差呈線性關(guān)系,其結(jié)論在工程上有較好的應(yīng)用。Coleman等[29]通過(guò)水槽試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析各類(lèi)床面各個(gè)位置的床面高度,同樣認(rèn)為沙波的波高平均值是其標(biāo)準(zhǔn)差的函數(shù),并通過(guò)床面高度偏態(tài)系數(shù)和峰態(tài)系數(shù)來(lái)判別不同的床面形態(tài)(平整、沙紋、沙壟等),床面穩(wěn)定時(shí),偏態(tài)系數(shù)和峰態(tài)系數(shù)趨于定值。

3.2 沙波隨時(shí)間的發(fā)展

床面從平床發(fā)展到穩(wěn)定的過(guò)程中,沙紋、沙壟的形態(tài)隨時(shí)間的變化而變化,大量研究表明,沙波隨時(shí)間的發(fā)展變化受床面初始狀態(tài)、泥沙粒徑、摩阻流速等因素影響。Singh等[30]通過(guò)試驗(yàn)研究沙波的發(fā)展過(guò)程,利用聲學(xué)儀器記錄運(yùn)動(dòng)沙波的瞬時(shí)波高,發(fā)現(xiàn)床面形態(tài)發(fā)展初期床面發(fā)展得更快,小粒徑泥沙、流量較小的水流更有利于通過(guò)非線性理論準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)床面形態(tài)。Coleman等[31]通過(guò)大量試驗(yàn)得到了初始床面為非平床的床面幾何形態(tài)隨時(shí)間變化的表達(dá)式:

式中:tefc為從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間;t為初始狀態(tài)到床面穩(wěn)定之前任意床面狀態(tài)的時(shí)間;P為任意時(shí)刻沙波形態(tài)參數(shù)(波長(zhǎng)或波高)的平均值;Pi、Pe為初始和平衡狀態(tài)下的沙波形態(tài)特征參數(shù)的平均值;D50為泥沙中值粒徑;ρs為泥沙密度;ρ為水的密度;ν為運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)。

Raudkivi[32]對(duì)床面從平床發(fā)展到穩(wěn)定的時(shí)間進(jìn)行了研究,認(rèn)為床面在一定水流條件下達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間取決于床面切應(yīng)力的大小和沙粒的粒徑,得出沖淤平衡的時(shí)間表達(dá)式為

式中:te為沖淤平衡時(shí)間;a、b為系數(shù),a=1 000、230、6800,b=3.0、2.4、4.3,對(duì)應(yīng)的泥沙粒徑D= 0.095mm、0.16mm、0.238mm;θ為無(wú)量綱切應(yīng)力; θc為泥沙起動(dòng)的臨界切應(yīng)力。Raudkivi試驗(yàn)的泥沙粒徑組次較少,難以代表一般規(guī)律。Coleman等[31]通過(guò)大量試驗(yàn)給出了沖淤平衡時(shí)間的冪指數(shù)表達(dá)式:

式中t*為無(wú)量綱化的沖淤平衡時(shí)間。Coleman的公式試驗(yàn)組數(shù)更多、粒徑選擇范圍更廣,有更廣泛的適用性。

3.3 沙波的形成機(jī)理

床面附近局部擾動(dòng)引起的近壁流層波動(dòng)、床面受力不平衡、紊流擬序結(jié)構(gòu)等因素都會(huì)影響床面的沖淤和沙紋的形成。沖積河流的河床是由松散的、大小不等的泥沙顆粒組成的,要想保持河床表面的絕對(duì)平整是不現(xiàn)實(shí)的。另一方面,水流的紊動(dòng)性質(zhì)使床面的水流強(qiáng)度因時(shí)因地有所不同,當(dāng)某一點(diǎn)的紊動(dòng)強(qiáng)度忽然增加到一定程度時(shí),水流即從河床帶起泥沙產(chǎn)生沖刷,而在稍下游的地方,紊動(dòng)強(qiáng)度沒(méi)有那么大時(shí),又會(huì)造成淤積。隨后淤積造成水流分離,使得同樣的沖刷淤積過(guò)程繼續(xù)向下游延伸,最后形成一系列的起伏。

關(guān)于沙波的形成機(jī)理,國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者提出了各自的理論模型,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。Ji等[33]引入了恒定渦輸運(yùn)方程和Bagnold泥沙輸運(yùn)方程,用非線性理論來(lái)描述紊流和泥沙輸移,認(rèn)為非線性理論能更合理地解釋床面的形成。Zhou等[34]在低流態(tài)下,運(yùn)用線性和非線性的普通差分模型,得出了從泥沙起動(dòng)到平衡的過(guò)程中,沙紋波長(zhǎng)和波高的變化規(guī)律,也認(rèn)為非線性模型更好。Franklin[35]發(fā)展了三維沙紋不穩(wěn)定理論,認(rèn)為沙紋模型中最不穩(wěn)定的是縱向模型,縱向模型和傾斜模型相結(jié)合能夠建立沙紋的三維模型,并在模型中考慮了不穩(wěn)定渦的作用。白玉川等[36]認(rèn)為,沙紋的尺度較小,主要由明渠層流不穩(wěn)定性和床面附近層流的小尺度擬序結(jié)構(gòu)發(fā)展演化所致,如果擾動(dòng)產(chǎn)生的切應(yīng)力接近床面泥沙固有頻率,則泥沙顆粒產(chǎn)生共振,床面發(fā)生最大的響應(yīng),沙紋發(fā)展速度最快。Colombini等[37]通過(guò)線性理論的方法分析了沙紋沙壟的形成機(jī)理,認(rèn)為沙紋、沙壟的形成是因?yàn)榇裁嫘螒B(tài)相對(duì)剪切力的滯后,沙紋是在較小的沙粒雷諾數(shù)和希爾茲數(shù)下形成的,沙壟是在較大的沙粒雷諾數(shù)和希爾茲數(shù)下形成的,沙波的成因與希爾茲數(shù)、沙粒雷諾數(shù)、弗勞德數(shù)、粗糙雷諾數(shù)都有關(guān)。

4 床面形態(tài)對(duì)紊流的影響

沙紋、沙壟是天然河流中常見(jiàn)的床面形態(tài),床面形態(tài)從根本上改變水流的邊界,對(duì)水流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的影響。掌握各種床面形態(tài)下的紊流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是研究床面對(duì)水流響應(yīng)的基礎(chǔ),也是進(jìn)一步研究水沙相互作用的基礎(chǔ)。

4.1 床面粗糙度對(duì)紊流的影響

床面粗糙導(dǎo)致了紊流在空間上受位置的影響,特別是在高雷諾數(shù)、小水深條件下,床面粗糙度對(duì)水流紊動(dòng)特性、渦結(jié)構(gòu)、床面阻力均產(chǎn)生重要的影響,但由于床面形態(tài)的多樣性,床面等效粗糙度等問(wèn)題還存在不同的看法。

Bhagangar等[1]通過(guò)DNS法研究床面粗糙度對(duì)水流紊動(dòng)特性的影響,認(rèn)為床面粗糙區(qū)的高度為床面突起高度的1.1倍,粗糙體的尺寸決定紊流能否影響到外區(qū),床面粗糙使得紊流各個(gè)方向的紊動(dòng)強(qiáng)度降低,紊動(dòng)強(qiáng)度的峰值減小,使低速帶的寬度增加,流向渦的半徑增大,渦在垂向上延伸得更遠(yuǎn)。Bomminayuni等[4]用LES方法模擬床面粗糙度對(duì)紊流的影響,用象限分析法統(tǒng)計(jì)了噴射和清掃在雷諾應(yīng)力和異性湍流中占的比例,認(rèn)為粗糙床面的紊流異性比光滑床面要小,紊流特性方面的結(jié)論與Bhagangar的結(jié)論基本一致,紊動(dòng)強(qiáng)度峰值隨著粗糙度增加而減小,但是橫向紊動(dòng)強(qiáng)度變大,這與Bhagangar的結(jié)論不同,可能是他們?cè)谀M中選用了不同形狀和不同分布的粗糙體導(dǎo)致的。Roussinova等[38]認(rèn)為,紊流異性和床面粗糙體的間距p與高度h的比值有關(guān),p/h的值決定了紊流異性增大還是減小,粗糙體的密度與分布對(duì)紊流的影響很重要。王憲業(yè)等[39]通過(guò)水槽試驗(yàn)對(duì)粗糙床面的阻力進(jìn)行了研究,得出了床面阻力與雷諾數(shù)、相對(duì)粗糙高度的關(guān)系,認(rèn)為粗糙床面阻力增加,能量由平均流速向紊動(dòng)能轉(zhuǎn)化,并對(duì)Rouse的床面阻力系數(shù)公式做了進(jìn)一步的改進(jìn),趙錦程等[40-41]也分別獲得了和王憲業(yè)類(lèi)似的結(jié)論。

床面粗糙度對(duì)明渠紊流噴射角度、噴射和清掃的尺度以及平均猝發(fā)周期等有很大影響。毛野等[15]采用流場(chǎng)綜合分析法將流動(dòng)顯示與計(jì)算機(jī)圖像處理相結(jié)合,在不同表面糙率的條件下重點(diǎn)研究了紊流的猝發(fā)形態(tài)和特性,結(jié)果表明增大粗糙雷諾數(shù)使群體噴射現(xiàn)象增多,噴射角度、噴射高度、平均猝發(fā)周期、噴射尺度以及清掃尺度均趨于增大。Imran[3]通過(guò)DNS法模擬了粗糙床面下的渦結(jié)構(gòu)變化,研究表明在水流分離和壓力梯度的作用下,渦的密度增加,渦半徑減小,說(shuō)明產(chǎn)生了新的渦,同時(shí)渦的平均尺度發(fā)生了調(diào)整。Hardy等[42]通過(guò)流動(dòng)顯示技術(shù)(DPIV)研究了粗糙床面的相干結(jié)構(gòu),并通過(guò)小波分析法計(jì)算分離區(qū)的長(zhǎng)度,認(rèn)為床面粗糙引起的水流尾跡擺動(dòng)是產(chǎn)生大尺度相干結(jié)構(gòu)的直接原因,同時(shí)還研究了雷諾數(shù)對(duì)大尺度結(jié)構(gòu)的影響,隨著雷諾數(shù)增大,相干結(jié)構(gòu)更明顯,紊動(dòng)強(qiáng)度也更大。

4.2 沙波床面對(duì)紊流的影響

沙波頂部會(huì)產(chǎn)生邊界層水流分離,在波峰和再附著點(diǎn)之間形成回流區(qū),波谷附近的低速流體和它上層的高速流體相互作用,形成了剪切混合層,演變成猝發(fā)、噴射、泡漩等現(xiàn)象。沙波附近的紊流結(jié)構(gòu)對(duì)沖積河流的泥沙運(yùn)動(dòng)有重要的作用。

4.2.1 沙波形態(tài)對(duì)紊流特性的影響

沙波床面的流速分布不同于平床,回流區(qū)內(nèi)流速分布不再符合對(duì)數(shù)律,產(chǎn)生了負(fù)值。在外區(qū),不同沙波形態(tài)下的流速和雷諾應(yīng)力與平床情況基本相同。Noguchi等[43-44]在運(yùn)動(dòng)沙波床面上測(cè)量了不同時(shí)間、不同床面位置處的水流瞬時(shí)流速,認(rèn)為波峰處的時(shí)均流速較明渠變化不大,波谷處由于反向流的作用,時(shí)均流速變化較大;隨著沙波的發(fā)展,波峰的流速有增大趨勢(shì),再附著點(diǎn)和波谷處的流速受水流回流的影響而變得更小,背水面的紊動(dòng)強(qiáng)度和雷諾應(yīng)力增大。Omidyeganeh等[45]利用大渦模擬的方法研究了三維沙壟床面紊流,通過(guò)改變沙壟的波峰變形幅度、沙壟波長(zhǎng),分析它們對(duì)紊流結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明:沙壟波峰處的流動(dòng)分離改變了壁面壓力分布,也導(dǎo)致了高動(dòng)量流體結(jié)構(gòu)和低動(dòng)量流體結(jié)構(gòu)在床面的重新分布,三維床面增加了床面的水流拖曳力,無(wú)量綱化的紊動(dòng)能較二維情況小。Xie等[6]通過(guò)大渦模擬研究了二維沙壟床面的紊流特性,認(rèn)為沙壟床面產(chǎn)生的紊流受自由表面變形的影響,通過(guò)比較表面可變形法和表面約束法,提出考慮表面變形的方法更準(zhǔn)確,其模擬在高雷諾數(shù)、小水深下完成,很好地體現(xiàn)了二次流的作用。

4.2.2 沙波對(duì)再附著點(diǎn)的影響

床面形態(tài)影響水流的分離長(zhǎng)度,回流區(qū)的大小由波長(zhǎng)、波高和水流強(qiáng)度決定。Liu[46]通過(guò)改變沙波模型的波長(zhǎng)和波高進(jìn)行了試驗(yàn),分析認(rèn)為波高越大,水流分離長(zhǎng)度越大,分離長(zhǎng)度是波高的4.2～7.74倍;López等[47]通過(guò)概化模型模擬了沙紋到沙壟過(guò)渡的過(guò)程,得出分離長(zhǎng)度為3.7～5.9倍波高的結(jié)論。兩者的研究成果有所差異,是因?yàn)樵囼?yàn)過(guò)程中,模型的尺寸、水流的強(qiáng)度都不盡相同。對(duì)于真實(shí)沙波床面的情形,Noguchi等[43-44]實(shí)測(cè)了沙波形成各個(gè)階段的水流特性,分析了沙波形態(tài)的影響,認(rèn)為隨著沙波的發(fā)展,分離長(zhǎng)度增大,最后趨近于5.5倍波高。

4.2.3 沙波床面對(duì)紊流高階矩的影響

床面形態(tài)對(duì)高階矩的影響主要包括對(duì)紊動(dòng)產(chǎn)生項(xiàng)、紊動(dòng)消耗項(xiàng)、紊動(dòng)能的影響。紊動(dòng)產(chǎn)生項(xiàng)值的大小反映能量從平均流速向紊動(dòng)能轉(zhuǎn)化的多少,紊動(dòng)消耗項(xiàng)則反映紊動(dòng)能損失的多少。Noguchi等[43]研究了床面形態(tài)對(duì)紊動(dòng)產(chǎn)生項(xiàng)和消耗項(xiàng)的影響,指出紊動(dòng)產(chǎn)生項(xiàng)在水流分離處最大,紊動(dòng)消耗項(xiàng)在回流區(qū)最大,說(shuō)明紊動(dòng)能在水流分離處產(chǎn)生的更多,在回流區(qū)消耗的更多。López等[47]通過(guò)改變床面形態(tài)模擬沙紋到沙壟過(guò)渡的過(guò)程,發(fā)現(xiàn)在床面發(fā)展過(guò)程中紊動(dòng)產(chǎn)生項(xiàng)的值增大,認(rèn)為紊動(dòng)對(duì)床面的發(fā)展起促進(jìn)作用。

4.2.4 沙波床面對(duì)紊流結(jié)構(gòu)的影響

沙波頂部的水流分離產(chǎn)生了分離渦,剪切層內(nèi)的水流向內(nèi)作用形成清掃,向外作用形成泡漩。Stoesser等[5]利用大渦模擬計(jì)算研究了二維沙波附近的水流結(jié)構(gòu),認(rèn)為在再附著點(diǎn)附近,因?yàn)槎瘟鞯牟环€(wěn)定性,流線彎曲并且向外運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致泡漩渦發(fā)展成發(fā)夾渦。Nezu等[48]研究了沙波背水面的三維渦結(jié)構(gòu),認(rèn)為分離渦的平均周期隨雷諾數(shù)的增加而減小,泡漩渦的平均周期隨雷諾數(shù)的增加而增加;泡漩渦的渦強(qiáng)度更大。毛野等[15]通過(guò)概化沙紋試驗(yàn),研究得出分離渦的平均周期為0.46 s。Liu[46]研究了沙波形態(tài)對(duì)渦脫落周期的影響,認(rèn)為波高越大,渦脫落周期越長(zhǎng)。Chang等[49]通過(guò)改變沙壟的形態(tài)研究發(fā)夾渦的產(chǎn)生機(jī)理,提出發(fā)夾渦是由床面附近的干擾導(dǎo)致的,并對(duì)帶狀結(jié)構(gòu)的形成起到了關(guān)鍵作用,非對(duì)稱的沙壟形態(tài)更有利于發(fā)夾渦的形成。Keshavarzi等[50]通過(guò)水槽試驗(yàn)結(jié)合圖像處理技術(shù)研究了沙紋床面的紊流結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)清掃的發(fā)生頻率與沙波形態(tài)變化趨勢(shì)一致,而噴射的發(fā)生頻率與沙波形態(tài)變化趨勢(shì)不一致,提出泥沙的運(yùn)動(dòng)是被清掃作用控制的,并據(jù)此解釋了沙波迎水面沖刷、背水面淤積的現(xiàn)象。

4.2.5 運(yùn)動(dòng)沙波床面對(duì)水流結(jié)構(gòu)的影響

Gyr等[51]研究了泥沙運(yùn)動(dòng)對(duì)水流的影響,認(rèn)為泥沙輸移使流速偏離對(duì)數(shù)律的程度減小,對(duì)摩阻流速的影響可達(dá)到30%;同時(shí)泥沙輸移使得清掃的強(qiáng)度更高,沿垂向分布更加均勻,清掃的平均猝發(fā)周期則不受影響。Dey等[52]研究了泥沙剛剛起動(dòng)時(shí)其對(duì)水流的影響,提出運(yùn)動(dòng)床面流速比定床更接近對(duì)數(shù)律的原因是紊動(dòng)產(chǎn)生項(xiàng)更小,從而更少的能量從平均流速轉(zhuǎn)移到紊動(dòng)能,使得流速更小地偏離對(duì)數(shù)律;同時(shí)還分析了清掃強(qiáng)度加大的原因,認(rèn)為流向和垂向向下的雷諾應(yīng)力分量增大,流體更多地向前、向下運(yùn)動(dòng)。

5 總結(jié)及展望

擬序結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)為明渠紊流研究注入了新的活力,隨著流動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展,紊流擬序結(jié)構(gòu)的內(nèi)在機(jī)理研究正在逐步深入,這為床面形態(tài)和床面穩(wěn)定的研究奠定了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于水沙相互作用的復(fù)雜性,還有很多機(jī)理性的問(wèn)題沒(méi)有得到解決。筆者認(rèn)為今后應(yīng)在以下幾方面開(kāi)展進(jìn)一步研究:

a.三維床面形態(tài)對(duì)紊流結(jié)構(gòu)的影響。目前沙波床面的研究多數(shù)采用二維概化模型,而天然河流中的床面形態(tài)多為三維的,這就使得當(dāng)前多數(shù)的研究成果并不能真正反映實(shí)際河流的水沙運(yùn)動(dòng)特性,因此開(kāi)展三維床面的紊流結(jié)構(gòu)研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。

b.新的流體運(yùn)動(dòng)測(cè)量技術(shù)在水沙運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)中的應(yīng)用。目前對(duì)于非平整床面上水流結(jié)構(gòu)、泥沙運(yùn)動(dòng)的研究,更多采用的是數(shù)值模擬方法,試驗(yàn)研究由于受到測(cè)量方法的限制,在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有取得突破性的成果。隨著現(xiàn)代流體測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,高精度的三維瞬態(tài)全場(chǎng)測(cè)量方法正在逐步研究完善,如何將其盡快應(yīng)用于紊流擬序結(jié)構(gòu)和泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)當(dāng)中,是今后應(yīng)進(jìn)一步努力的方向。

c.沙波床面內(nèi)部滲流作用對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)特性的影響。當(dāng)前大多數(shù)有關(guān)沙波床面水沙運(yùn)動(dòng)的研究,往往只是將床面形態(tài)作為一個(gè)固定或可動(dòng)的邊界,實(shí)際上沙波內(nèi)部同樣存在水流運(yùn)動(dòng),滲流的作用將改變迎水坡、背水坡等不同位置處泥沙顆粒的受力狀態(tài),從而使泥沙的起動(dòng)、揚(yáng)動(dòng)特性發(fā)生更為復(fù)雜的變化。開(kāi)展明渠紊流與床面滲流綜合作用下泥沙運(yùn)動(dòng)特性的研究,對(duì)于進(jìn)一步豐富完善泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)、河床演變學(xué)理論具有重要意義。

[1]BHAGANGAR C,KIM J,COLEMAN G.Effect of roughness on wall-bounded turbulence[J].Flow Turbulence and Combustion,2004,72(2/3/4):463-492.

[2]ROBERT D.Direct numerical simulation of turbulent channel flow up to Re子=590[J].Physics of Fluids,1999, 11(4):943-945.

[3]IMRAN S.Vortical Structures in wall-bounded turbulent flow with recirculation[C]//13th European Turbulence Conference.Lille:IOP Publishing Ltd.,2011:1-15.

[4]BOMMINAYUNIS,STOESSER T.Turbulence statistics in an open-channel flow over a rough bed[J].Journal of Hydraulic Engineering,2011,137(11):1347-1358.

[5]STOESSER T,BRAUN C,VILLABA G,et al.Turbulence structures in flow over two-dimensional dunes[J].Journal of Hydraulic Engineering,2008,134(1):42-55.

[6]XIE Zhihua,LIN Binliang,FALCONER R A.Turbulence characteristics in free-surface flow over two-dimensi-onal dunes[J].Journal of Hydro-Environment Research,2014, 8(3):200-209.

[7]NEZU I,NAKAGAWA H.Turbulence in open channel flows[M].Rotterdam:A.A.Balkema,1993.

[8]陳興偉,林炳青,林木生.樣本容量對(duì)明渠垂線流速分布對(duì)數(shù)公式擬合的影響[J].水利水電科技進(jìn)展,2013, 33(5):35-37.(CHEN Xingwei,LIN Bingqing,LIN Musheng.Impact of sample size on the log-law fitting of vertical velocity distribution in open-channel flows[J]. Advances in Science and Technology ofWater Resources, 2013,33(5):35-37.(in Chinese))

[9]NEZU I.Open-channel flow turbulence and its research prospect in the 21st century.[J]Journal of Hydraulic Engineering,2005,131(4):229-246.

[10]TAMIMIS.On Turbulent flow near a wall[J].Journal of Communication and Computer,2012,23(11):1104-1109.

[11]NIKORA V,KOLL K,MCEWAN I,et al.Velocity distribution in the roughness layer of rough-bed flows[J]. Journal of Hydraulic Engineering,2004,130(10):1036-1042.

[12]SONG T,GRAF W.H.Velocity and turbulence distribution in unsteady open-channel flows[J].Journal of Hydraulic Engineering,1996,122(3):141-154.

[13]YANG Shuqing.Depth-averaged shear stress and velocity in open-channel flows[J].Journal of Hydraulic and Engineering,2010,136(11):952-985.

[14]AUEL C,ALBAYRAK I,BOES M.Turbulence characteristics in superitical open channel flows:effects of froude number and aspect ratio[J].Journal of Hydraulic Engineering,2014,140(4):278-286.

[15]毛野,楊華,袁新明.表面糙率與明渠紊流猝發(fā)現(xiàn)象[J].水利學(xué)報(bào),2002,33(6):53-59.(MAO Ye,YANG Hua,YUAN Xinming.Bed surface roughness and bursting phenomena in open channel[J].Journal of Hydraulic Engineering,2002,33(6):53-59.(in Chinese))

[16]NOGUCHIK,NEZU I.Particle turbulence interaction and local particle concentration in sediment-laden openchannel flows[J].Journal of Hydro-Environment Research 2009,3(2):54-68.

[17]ADRIAN R J.Hairpin vortex organization in wall turbulence[J].Physics of Fluids.2007,19(4):4-13.

[18]HERPIN S,STANISLAS M,FOUCAUT J M,et al. Influence of the reynolds number on the vortical structures in the logarithmic region of turbulentboundary layers[J]. Journal of Fluid Mechanics,2013,716:5-50.

[19]ROUSSINOVA V,SHINEEB A M,BALACHANDAR. Investigation of fluid structures in a smooth open-channel flow using proper orthogonal decomposition[J].Journal of Hydraulic Engineering,2010,136(3):143-154.

[20]COLEMAN SE.Initiation of bedforms on a flat sand bed [J].Journal of Hydraulic Engineerin,1996,122(6):301-310.

[21]COLEMAN SE,ELING B.Sand wavelets in laminar openchannel flows[J].Journal of Hydraulic Research,2000,38 (5):331-338.

[22]RAUENW B,LIN B L.Transition from wavelets to ripples in a laboratory flume with a diverging channel[J]. International Journal of Sediment Research,2008,23(1): 1-12.

[23]BAAS J H.A flume study on the development and equilibrium morphology of current ripples in very fine sand [J].Sedimentology,1994,41(8):185-209.

[24]YALIN M A M,FERREIRA DA SILVA.Fluvial processes [M].Delft,the Netherlands:IAHR Monography,2001.

[25]趙連白,袁美琦.泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的試驗(yàn)研究[J].泥沙研究,1995(1):22-33.(ZHAO Lianbai,YUAN Meiqi. Experimental study on sand waves[J].Journal of Sediment Research,1995(1):22-33.(in Chinese))

[26]張瑞瑾.河流泥沙動(dòng)力學(xué)[M].北京:水利電力出版社, 1989.

[27]van RIJIN L C.Bed forms and alluvial roughness[J]. Journal of Hydraulic Engineering,1984,110(12):1733-1754

[28]MARK C F,BLOM A,HULSCHER S J M H. Quantification of variability in bedform geometry[J]. Journal of Geophysical Research,2008(113):3-30.

[29]COLEMAN SE,NIKORA V I,ABERLE J.Interpretation of alluvial beds through bed-elevation distributionmoments [J].Water Resources Research,2011,47(11):505-519.

[30]SINGH A,LANZONI S,WILCOCK P R.Multiscale statistical characterization ofmigrating bed forms in gravel and sand bed rivers[J].Water Resources Research,2011, 47(12):526-552.

[31]COLEMAN S E,ZHANG M H,CLUNIE T M.Sedimentwave development in subcritical water flow[J].Journal of Hydraulic Engineering,2005,131(2):106-111.

[32]RAUDKIVI A.Journal of ripples on a stream bed[J]. Journal of Hydraulic.Engineering,1997,123(1):58-64.

[33]JIZG,MENDOZA C.Weakly non-linear stability analysis for dune formation[J].Journal of Hydraulic Engineering, 1997,123(11):979-985.

[34]ZHOU D C,MENDOZA.Growth model for sand wavelets [J].Journal of Hydraulic Engineering,2005,131(10): 866-876.

[35]FRANKLIN E M.Three-dimensional sand ripples as the product of vortex instability[J].Applied Mathematical Modeling,2012,37(5):3193-3199.

[36]白玉川,徐海玨.沙紋床面明渠層流穩(wěn)定性特征的研究[J].中國(guó)科學(xué)E輯:工程科學(xué)材料科學(xué),2005,35(1): 53-73.(BAIYuchuan,XU Haiyu.Stability characteristics of laminar flow over sand waves bed in open channel[J]. Science in China Ser E:Engineering&Materials Science, 2005,35(1):53-73.(in Chinese))

[37]COLOMBINI M,STOCCHINO A.Ripple and dune formation in rivers[J].Journalof Fluid Meahanism,2011, 673:121-131.

[38]ROUSSINOVA V,BALACHANDAR R,BISWAS N. Reynolds stress anisotropy in open-channel flow[J]. Journal of Hydraulic Engineering,2009,135(10):812-824.

[39]WANG Xianye,SUN Yi,LU Weizhen,et al.Experimental study of the effects of roughness on the flow structure in a gravel-bed channel usig particle image velocimetry[J]. Journal of Hydraulic Engineering,2011,16(9):710-716.

[40]趙程錦,邱秀云.底坡對(duì)人工渠道糙率影響的試驗(yàn)[J]水利水電科技進(jìn)展,2013,33(6):48-51.(ZHAO Chengjin,QIU Xiuyun.Experimental study on effect of bottom slope on the artificial channel roughness[J]. Advances in Science and Technology ofWater Resources, 2013,33(6):48-51.(in Chinese))

[41]朱文謹(jǐn),李瑞杰.感潮河段底床阻力特性分析[J].水利水電科技進(jìn)展,2009,29(6):25-28.(ZHU Wenjin,LI Ruijie.Analysis on the riverbed resistance characteristic of tidal river[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2009,29(6):25-28.(in Chinese))

[42]HARD R J,BEST J L,LANE S N,et al.Coherent flow structures in a depth-limited flow over a gravel surface: The role of near-bed turbulence and influence of Reynolds number[J].Journal of Geophysical Research,2009,114 (1):3-21.

[43]NOGUCHIK,NEZU I,SANJOU M.Turbulence structureand fluid-particle interaction sediment-laden flows over developing sand dunes[J].Environmental Fluid Mechanics,2008,8(5/6):569-578.

[44]NEZU I,SANJOU M.PIV and PTV measurements in hydro-sciences with focus on turbulent open-channel flows [J].Journal of Hydro-Environment Research 2011,5(4): 215-230.

[45]OMIDYEGANEH M,PIOMELLIU.Large-eddy simulation of three-dimensional dunes in a steady,unidirectional flow:part 1.turbulence statistics[J].Journal of Fluid Mechanism,2013,721:454-483.

[46]LIU Shihe.Turbulent coherent structures in channels with sand waves[J].Journalof Hydraulic Dynamics,2002(2): 106-110.

[47]LóPEZ F,FEMANDEZ R,BEST J.Turbulence and coherent flow structures associated with bedform amalgamation[J]Water Resources,2004(10):1-10.

[48]NEZU I,ADOTA A.Three-dimensional structure of space time correlation on coherent vortices generated behind dune crest.[J].Journal of Hydraulic Researches,1999, 37(1):945-958.

[49]CHANG K,CONSTANTINESCU G.Coherent structures in flow over two-dimensional dunes[J].Water Resources Research,2013,49(5):2446-2460.

[50]KESHAVARZI A,BALL J,NABAVI H.Frequency pattern of turbulent flow and sediment entrainment over ripples using image processing[J].Hydrology and Earth System Sciences,2012(16):147-156.

[51]GYR A,SCHMID A.Turbulent flows over smooth erodible sand beds in flumes[J].Journal of Hydraulic Research, 1998,36(6):1003-1007.

[52]DEY S,SARJAR S,SOLARI L.Near-bed turbulence characteristics at the entrainment threshold of sediment beds[J].Journal of Hydraulic Engineering,2011,137 (9):945-958.

Research development of the interaction between turbulence structure and bedforms in open channel

TANG Limo1,2,SUN Huidong2,LIU Quanshuai2(1.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;2.College ofWater Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University,Nanjing 210098,China)

According to the latest researches at home and abroad,this paper summarized the research developments of the interaction between turbulent structure and bedforms,including research methods,turbulence characteristics in open channel flow,bedforms morphology influenced by turbulence,and turbulence characteristics influenced by bedforms.A greatmany achievements on the research of turbulence characteristics in open channel flow and characteristics ofwater flow and sedimentmotion over 2D bedforms have been obtained,yet the results cannot perfectly explain the sediment transport mechanism in natural rivers.Due to the limitation ofmeasurement technology,the research on interaction of turbulence and sedimentmovement under complex bedforms condition has not got obvious achievement for a long time.It is urgent to explore and introduce undisturbed and precise 3D flow measurement technologies.The geometrical morphology and evolution process of bedforms have been well known,while the mechanism of bedforms stability is controversial,neither theorymodels nor numericalmodels aremature enough,especially bedforms stability and sand movement characters under the combined action of interstitial flow and open channel flow are notwidely studied,which will be a research hot point in the future and become the basic of interaction mechanism between turbulence and sedimentmovement.

open channel;turbulence structure;turbulent characteristic;bedforms;bedforms evolution;review

TV143+.1

A

1006-7647(2015)02-0077-08

10.3880/j.issn.1006 7647.2015.02.016

2014-07-15 編輯:熊水斌)

國(guó)家自然科學(xué)基金(51479070,51125034)

唐立模(1977—),男,山東煙臺(tái)人,副教授,博士,主要從事泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)與河流動(dòng)力學(xué)研究。E-mail:tanglimo@hhu.edu.cn