山区河流卵石运动的随机性试验研究
对于天然山区河流和平原河流过渡段中普遍存在的非均匀推移质，由于河床水流的脉动、床面形态、床沙组成的不均匀性和在床面的位置以及上游断面补给条件变化的不确定性，使卵石运动在时间和空间上都具有随机性。清楚卵石在时间上和空间上的的运动过程、在不同运动位置所处的状态等信息是有必要的，利用先进的追踪技术去获取卵石运动过程中的状态信息具有创新性。本文首先在室内建立率定实验，对加速度传感器记录运动状态的可信性进行率定，并统计说明了其运动特性。通过开展水槽模型试验，利用四元数方法解算加速度传感器记录的卵石运动状态信息，最终将卵石运动的轨迹反演，建立运动状态的空间图像信息并进行描述。 在率定实验中，分别设计了三类不同床面，三种不同坡度下的实验，利用摄像机拍摄记录内置加速度传感器的模型卵石运动轨迹，结合摄像机录制的视频资料处理卵石运动轨迹，通过四元数法解算加速度传感器记录的运动状态信息，最后运用统计学原理分析球体模型卵石在此条件下运动过程中单步跃移距离、单步跃移角度的变化。结论如下： 1.在14°、15°和16°坡度下，不均匀床面上模型卵石的运动最不稳定，三种床面形态下分布比较集中的L的最大值与最小值之比、θ的最大值与最小值之比接近一个常数，集中跳跃占全部跳跃次数的百分含量依次递减； 2.不同床面上的运动，随着坡度的增大，其单步跃移距离的均值变化分别服从二次函数和依次函数分布。 基于率定实验对加速度传感器追踪定位技术的可行性分析，开展了水槽试验，试验布置同规格、内置同型号的加速度传感器，对模型卵石在水槽中的运动状态进行监测。利用四元数方法解算得到模型卵石在地理坐标体系下的位置信息，最后建立运动状态的空间图像信息并进行描述、分析。结论如下： 1.1#和2#卵石最大单步跃移距离与最小单步跃移距离之比的取值为(±0.25)7.75，最大跃起角度和最小跃起角度之比的取值为(+0.5)22.5； 2.卵石L/D的概率密度分布拟合曲线近似伽马分布，跃起角度集中在一个固定度数左右浮动，在特定区间内均匀分布。
山区河流;卵石运动;随机性试验;加速度传感器;单步跃移
华北水利水电大学
硕士
水利工程
严军
2020
中文
TV142.2
2020-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）