《推移質輸移的隨機多尺度特性機理》是依託四川大學，由范念念擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：推移質輸移的隨機多尺度特性機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范念念
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
推移質輸移具有典型的隨機和多尺度特性，這種特性在單顆粒運動、床面形態演化及輸沙率等過程方面都有體現。以往的研究多孤立地針對某個過程，一方面多分析隨機多尺度特性本身，缺乏建模；另一方面少有的模型對物理過程機理的揭示不夠深入，更缺乏對不同過程之間相互反饋的研究。本項目擬採用水槽實驗和理論分析相結合的手段，對近床面水流、床面形態的動態演化及輸沙率進行同步觀測，揭示水流—顆粒、顆粒—顆粒及顆粒—邊界之間複雜的相互作用；結合包括統計力學的隨機過程理論，研究各個過程的隨機多尺度特徵，建立能描述從跨一定尺度的、儘可能簡化的隨機模型，模擬床面動態特徵與輸沙率的隨機性及統計特徵；通過實驗資料對建立的簡化模型和計算方法進行驗證，特別是進一步揭示這種隨機和多尺度特性背後的物理過程，及各個過程的相互反饋作用。研究成果有助於深入認識推移質運動的基礎理論，為輸沙率、床面形態及河流阻力等的研究提供理論基礎參考。
結題摘要
對於沙卵石河流和粗沙河流，推移質是泥沙輸移的主要部分，且推移質直接與床面接觸，與河床質交換頻繁，在造床過程中具有重要作用，直接決定了其河床演變過程。然而推移質的運動是典型的隨機多尺度過程，特別是顆粒的非均勻性使其運動過程更加複雜。雖進行了上百年的研究，取得了一定的進展，但仍不充分。比如單顆粒受力運動與顆粒群體分選擴散的關係，不同粒徑顆粒之間的相互作用等。本基金項目主要針對以上兩個問題，通過理論分析、數值模擬、水槽實驗和野外天然河流的觀測等手段展開系統研究。研究表明（1）對於均勻顆粒，因速度是窄尾分布，因此，不論單步步長是長尾還是窄尾分布，均對顆粒群體擴散的正常/反常特性無決定作用。（2）控制顆粒群體擴散的正常/反常特性的是停時的分布特性，如果停時是窄尾分布，則擴散為正常擴散，如果停時是長尾分布，擴散可以是正常擴散、欠擴散或超擴散。（3）對於非均勻顆粒，並不存在反常擴散，而是彈道運動，對應的物理過程為沿程分選。（4）細顆粒的加入有助於促使河床表面粗化顆粒運動，進而引起河床下切，在汶川地震災區山前河流有所體現。該項目的研究結果在科學理論和工程實踐方面均具有一定的意義，可以推廣到顆粒運動過程研究中的對流擴散機制、非均勻顆粒的相互作用與分選過程、突變條件下（如水庫修建）河道輸沙率的時空變化、震後受損河流的治理等方面。研究成果發表在《Nature Communications》、《Water Resources Research》、《Journal of Hydrology》和《水科學進展》等國內外優秀期刊上。
