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河口海岸水域中，水体层化是一种普遍存在的自然现象。所谓水体层化，即由于水体中物质浓度垂向分布不均匀而产生的分层现象，盐度层化和悬沙层化就是其中两种较为典型的层化现象。水体层化会产生浮力不稳定性，进而对水流紊动产生一定的影响，同时水流紊动反过来也会影响水体层化，形成水体层化和水流紊动的相互作用。本文设计制作了可以生成近似天然明渠紊流的双层横向振荡格栅水槽，通过在振荡格栅水槽中模拟盐度分层和悬沙分层，对盐度、悬沙及其联合层化与水体紊动的相互作用关系进行了实验研究。本文的具体研究内容和主要结论如下。
(1)基于电导率原理和光学背向散射原理分别开发设计了多通道盐度测量仪和多通道光纤泥沙浓度测量仪，实验证实本文设计开发的盐度和泥沙浓度测量仪具有小体积探头而对水流扰动轻微，大量程，高精度和多通道同步实时采集等特点。实验研究了盐度和泥沙浓度同步测量的相互影响，分别拟合得到泥沙浓度对盐度测量影响和盐度对泥沙浓度测量影响的修正关系式。
(2)通过率定不同粒径的均匀碳化硅颗粒和不同级配的天然沙，拟合得到基于碳化硅颗粒粒径和天然沙特征粒径的浓度测量统一关系式，并给出相应于均匀颗粒粒径和天然沙特征粒径的浓度测量范围。统一关系式的提出实现了均匀碳化硅和天然沙浓度的无率定测量，提高了泥沙浓度测量仪的使用便捷性。
(3)实验测量了双层振荡格栅中心区域内三维紊动，拟合得到三维均方根流速和紊动强度的关系式，并确定了均匀紊流区的范围。实验证实双层横向振荡格栅水槽中心区域内可以生成平均流速为零，近似天然明渠紊流特征的紊流场，对于研究盐度扩散和泥沙运动更具代表性。
(4)采用盐度分层装置，在振荡格栅水槽中实现了淡水和盐水的初始稳定分层。一系列不同初始盐度条件下盐度层化与水体紊动相互作用的实验研究表明，均匀盐度的纯盐水不会对水体的紊动产生影响，只有水体中出现盐度梯度即盐度层化时，才会抑制水体的紊动。定义了表征层化程度的无量纲数，水体紊动抑制率随层化参数的增大而增大，拟合得到层化参数与紊动抑制率以及涡黏系数的关系式。
(5)在振荡格栅水槽中进行了泥沙层化实验，结果表明水体紊动强度是影响泥沙起悬程度最直接的因素。不同振荡频率作用下，水槽底部会出现明显的近底高含沙。水体中存在泥沙梯度即泥沙层化时会抑制水体的紊动，紊动抑制与泥沙浓度梯度和紊动强度相关，拟合得到层化参数和紊动抑制率以及涡黏系数的关系式。
(6)在振荡格栅水槽中进行了盐度和悬沙联合层化实验，实验结果分析表明，盐度层化引起的紊动抑制作用会使近床面处泥沙的向上扩散延迟，增大近床面泥沙起悬浓度，近床面处更易形成近底高含沙。联合层化作用下水体三维均方根流速和紊动强度都受到较大程度的抑制。建立了盐度、悬沙以及二者联合层化条件下紊动抑制率和涡黏系数随层化参数变化的统一关系式。
(1)基于电导率原理和光学背向散射原理分别开发设计了多通道盐度测量仪和多通道光纤泥沙浓度测量仪，实验证实本文设计开发的盐度和泥沙浓度测量仪具有小体积探头而对水流扰动轻微，大量程，高精度和多通道同步实时采集等特点。实验研究了盐度和泥沙浓度同步测量的相互影响，分别拟合得到泥沙浓度对盐度测量影响和盐度对泥沙浓度测量影响的修正关系式。
(2)通过率定不同粒径的均匀碳化硅颗粒和不同级配的天然沙，拟合得到基于碳化硅颗粒粒径和天然沙特征粒径的浓度测量统一关系式，并给出相应于均匀颗粒粒径和天然沙特征粒径的浓度测量范围。统一关系式的提出实现了均匀碳化硅和天然沙浓度的无率定测量，提高了泥沙浓度测量仪的使用便捷性。
(3)实验测量了双层振荡格栅中心区域内三维紊动，拟合得到三维均方根流速和紊动强度的关系式，并确定了均匀紊流区的范围。实验证实双层横向振荡格栅水槽中心区域内可以生成平均流速为零，近似天然明渠紊流特征的紊流场，对于研究盐度扩散和泥沙运动更具代表性。
(4)采用盐度分层装置，在振荡格栅水槽中实现了淡水和盐水的初始稳定分层。一系列不同初始盐度条件下盐度层化与水体紊动相互作用的实验研究表明，均匀盐度的纯盐水不会对水体的紊动产生影响，只有水体中出现盐度梯度即盐度层化时，才会抑制水体的紊动。定义了表征层化程度的无量纲数，水体紊动抑制率随层化参数的增大而增大，拟合得到层化参数与紊动抑制率以及涡黏系数的关系式。
(5)在振荡格栅水槽中进行了泥沙层化实验，结果表明水体紊动强度是影响泥沙起悬程度最直接的因素。不同振荡频率作用下，水槽底部会出现明显的近底高含沙。水体中存在泥沙梯度即泥沙层化时会抑制水体的紊动，紊动抑制与泥沙浓度梯度和紊动强度相关，拟合得到层化参数和紊动抑制率以及涡黏系数的关系式。
(6)在振荡格栅水槽中进行了盐度和悬沙联合层化实验，实验结果分析表明，盐度层化引起的紊动抑制作用会使近床面处泥沙的向上扩散延迟，增大近床面泥沙起悬浓度，近床面处更易形成近底高含沙。联合层化作用下水体三维均方根流速和紊动强度都受到较大程度的抑制。建立了盐度、悬沙以及二者联合层化条件下紊动抑制率和涡黏系数随层化参数变化的统一关系式。