人工植被分布变化对坡面流阻力及局部水头损失系数的影响研究

基于室内坡面流实验,研究了人工植被分布变化对坡面流水动力学特性的影响。试验包括"细管整齐排列"、"细管1/2错开排列"、"细管1/4错开排列"、"粗管1/2错开排列"等植被分布方式。研究结果表明植被分布变化对坡面流扰动程度的影响显著,从而使得不同植被分布方式下的坡面流达西阻力系数、局部水头损失系数差异性很大。而随流量增大达西阻力系数、局部水头损失系数都呈现先减小后增大的趋势。     

植被对坡面流特性影响研究进展

为分析植被对水流阻力作用特征,给流域径流预测及坡面水力侵蚀等提供理论依据,从植被属性(柔性,刚性)、坡面流阻力、坡面流结构、数值模拟4个方面讨论植被对坡面流特性的影响,并探讨其影响规律及意义,对目前研究方法进行分析与展望。诸多学者通过理论分析、室外现场试验、水力模型试验等研究手段对水流阻力和水动力学特征等进行研究,结合目前研究现状,笔者认为存在以下问题:传统坡面流模拟试验是对刚性或柔性植被进行整体概化试验,而实际坡面植被性质复杂多样,不能全面论述其影响规律;阻力系数与雷诺数存在幂函数关系,但关于弗劳德数等其他流态相关参数对阻力系数影响的研究不多;对坡面流流态的界定存在争议,流态判别无统一定论。今后研究方向:(1)对更接近实际情况的植被进行研究;(2)产生新的适合于坡面流流态的推论和判断标准;(3)明确明渠水流阻力公式的适用条件及范围;(4)创新研究方法。     

植被覆盖下坡面流的水流特性实验研究

为研究柔性植被和刚性植被覆盖下坡面流的水流特性,用水槽模拟坡面,PVC塑料薄膜模拟植被,通过调节水槽的坡度和柔性、刚性植被覆盖度对坡面流的水流流态、流速、水流深度进行了研究。经过多组实验得出了大量植被覆盖下的坡面流水力特性数据,并通过数据分析,总结了在不同植被覆盖、不同坡度条件下坡面流流速的变化规律。最后得出,通过减小坡面流流速、增加水流水深、控制水流流态、选择刚性植被覆盖坡面,可减少对坡面土壤的水力侵蚀。实验结果对控制流域非点源污染和选择水土流失防治措施有参考作用。     

植被排列方式对坡面糙率系数的影响研究

为分析植被排列走向与水流方向的夹角对坡面地表水流阻力的影响,设计了3种植被排列走向与水流方向成不同夹角的底板、7种不同的坡面比降,通过试验研究不同植被分布对坡面流水流阻力的影响。结果表明:在非淹没状态下,在一定坡面比降范围内,同一平均水深下,随着水流方向与植被走向夹角减小,糙率系数增大;同一下垫面条件下,坡面水流流向不同则坡面地表糙率系数不同,植被走向与水流方向的夹角越小则糙率系数越大。     

九龙江河口湾港区水沙运动数值模拟研究

基于实测资料对九龙江河口湾的水动力及泥沙特征进行了分析,建立了水动力泥沙三维数学模型,对河口湾内水流、盐度、泥沙运动及河口湾港区淤积进行了模拟研究。重点分析了湾内水流、盐度等对海沧港区航道淤积的影响,并提出了港区治理的有关措施及建议。研究结果表明,九龙江河口湾泥沙运动主要受径流和潮流动力影响,湾顶高含沙分布与河口湾复杂地形、河口输沙、盐淡水掺混等有关,北港和中港形成的水流归槽效应是海沧西段港区淤积的主要动力因素,河口泄洪输沙是淤积的主要沙源。     

变坡陡比降河道强输沙下泥沙淤积与水位激增的试验研究

山洪常常挟带大量松散块体汇入山区性河道,使河流处于强输沙状态。强输沙水流进入中下游河段后,由于坡降变缓,会衍生出河床地形的淤积抬高,使水位大幅度的升高。通过变坡陡比降水槽,采用单因素控制法研究了强输沙条件下河床地形的冲淤发展及水位变化规律,并根据河流自动调整作用机理,分析了河道淤积发展传播规律,揭示了泥沙在山洪中的附加致灾作用。试验结果表明:上游陡坡河道的强输沙水流,进入下游较缓河段时,在床面可发生淤积,该淤积影响可快速向上游传播,导致河床大范围淤高。其淤积起始位置和淤高厚度与水流强度、含沙浓度等因素有关。更为严重的是,局部淤积发生后,床面比降的变化可能会改变局部河段的急流状态,使淤积锋面处发生水跃,从而显著提高洪水水位。试验发现当上游泥沙补给减弱后,淤积的床沙又快速被水流冲刷掉,使洪水之后很难发现河床淤积的痕迹。     

曲线坐标系下考虑植被影响的三维水沙数学模型

建立曲线坐标系下的三维水流泥沙湍流运动模型模拟弯曲渠道内布置水生植被后的水流结构和河床变形分布,计算了试验室60o弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布以及不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响。数值结果较好地再现了试验规律。计算结果表明在弯道内布置植被会改变水流流速分布情况:植被覆盖区域的水流流速降低、弯道内二次流减弱和泥沙运动减弱,而非植被覆盖区域的水流流速增大、断面二次流依然存在且泥沙运动加剧。通过比较两种水生植被布置条件下的床面变形情况,发现合理布置植被可以减缓凹岸的泥沙侵蚀,但也会加剧凸岸的泥沙淤积。     

植被排列方式及坡度对坡面流Fr影响的试验研究

为探究植被的排列方式及坡度大小对坡面流弗劳德数Fr的影响,以期揭示坡面流弗劳德数Fr的内在规律。利用人工模拟试验,系统研究了6个坡度、3种植物排列方向与水流方向呈不同走向角的条件下Fr与单位底面积的空间摩阻表面积K值的特征关系。表明在非淹没状态下,Fr与K值的关系为随K值的增大Fr呈现先减小后趋于平稳的趋势;Fr的取值随坡度的增大而增大;在一定的坡度范围内,同一坡度下,当Fr1时,同一K值下,走向角越大对应的Fr值越小,当Fr1时则相反;同一走向角下,在同一K值下,坡度越大对应的Fr就越大。得出在坡度一定的条件下,坡面植被的排列方式不同,弗劳德数Fr的取值也不相同;坡度是影响Fr取值范围的重要因素之一。     

含淹没植被明渠水位及糙率变化试验研究

采用概化水槽试验研究了在不同植物间距、水流条件下,含淹没植被明渠水位、曼宁糙率系数的变化特征,给出了含淹没植被明渠的糙率经验公式.试验结果表明:相同的流量、水深条件下,明渠的水位壅高值和水面比降均随植物间距的减小而逐渐增大,当植物枝叶相互间贴近或交叉时,植物对明渠水位、比降的影响程度相对较大;水深基本相同、植物排列方式相同的情况下,随着流量的增加,水面比降基本呈线性增大趋势;水深相同的条件下,含淹没植被明渠糙率受水流流速的影响较小.     

含植被群河槽垂线平均流速分布特性实验研究

植被单元产生的形态阻力会阻碍水流,从而导致局部流速亏损,因此植被作用下的流速分布不同于明渠水流.通过水槽试验,研究了非淹没刚性植被群对单一河槽水流垂线平均流速分布的影响.采用竹签概化模拟圆形植被群落,设计了试验方案、各项参数等,进行了两组对照试验.试验表明,植被群会影响垂线平均流速的纵向分布,在植被群后流速显著减小,并且在一段距离后逐渐恢复;植被群对垂线平均流速横向分布也有一定的影响,在植被群下游附近垂线平均流速沿横向呈波谷状对称分布,而在其上游影响甚微.     

水平圆管过渡现象的探讨

我们用染色液实验揭示了水平圆管内层流向紊流过渡的一些物理现象,初步探讨了过渡现象的一些规律,为进一步研究紊流发生问题打下了一定的基础。     

基于CFD的轴流泵流场特性分析

为更深入研究轴流泵,了解不同工况下轴流泵的运行状态,进一步强调最优工况运行的重要性,结合南水北调工程中某泵站模型的数据,采用流体力学软件Fluent,在多重参考坐标系下,选用S-A湍流模型对模型泵进行数值模拟。通过计算,对不同工况下的轴流泵水力性能进行了预估,绘制了轴流泵的特性曲线,与试验值进行比较,吻合较好,说明了数值模拟的准确性。根据数值计算结果,分析了轴流泵叶轮叶片和导叶叶片表面的速度及压力分布,揭示了叶片和导叶表面流态和压力的分布规律:叶片压力径向递增,相对速度由轮毂到轮缘逐渐加快,按圆柱面分布,导叶表面压力呈带状分布,水流最终从导叶出口沿轴向流出。     

流量法测量文丘里管流量系数的误差研究

主要探讨在文丘里管测量流量系数实验中流量系数取值过程中的误差,借用能量方程,推导出了考虑水头损失时流量系数的理论公式,通过实验比较分析了不同阻力系数下计算得出的流量系数的误差大小,提出了在Re＜105对一种简化流量系数取值过程的计算方法,并验证了其可靠性.另外通过比较在同一水流环境下两次不同流量计算得到的流量系数,分析了流量测量引起的误差对于流量系数取值的影响.     

弧形闸门开启过程非恒定流流量系数研究

为探究非恒定流流量系数特点,采用RNG k-ε紊流模型结合动网格技术对某工程Y形宽尾墩表孔弧形闸门开启过程进行了三维动态数值模拟研究,根据过闸流量滞后的特点,将闸后水流分为滞后式、过渡式和平稳式3种流态。分析了闸门开启过程中水流流态及非恒定流流量系数与闸门开启速度和溢流堰顶水头的关系,指出非恒定流流量系数随闸门开启速度的加快及堰顶水头的降低而减小,并给出不同开启速度和堰顶水头情况下适于过渡式及平稳式水流的流量系数经验公式。部分结果与试验结果进行对比,吻合良好,验证了数值方法的可靠性。     

水流扰动对水华的影响研究

通过从藻类培养实验入手,研究了水流扰动及扰动大小对水华爆发时间及程度的影响.研究结果表明,水流因素对不同营养条件下的水华都具有削峰和延迟作用,在特定营养条件下,水流扰动强度越大,对水华的削峰和延迟作用越强,水流扰动达到一定条件时,可实现对水华的完全抑制.     

推移质运动对清水和宾汉体泥浆湍流结构的影响

通过试验研究了清水湍流和泥浆湍流中加入推移质后时均流速分布、脉动强度、概率密度分布、相关系数、频谱密度分布等的变化.试验结果证明,清水和泥浆湍流中加入推移质后时均流速减小,时均流速梯度增大,脉动加强.泥浆过渡区湍流上部为层流,有流核,加入推移质后,上部层流转变为湍流,流核消失.分析证明,这是由于推移质运动增大了雷诺应力和时均流速梯度,因而增大了时均流动向脉动传递的能量的缘故,清水湍流中加入推移质后脉速概率密度分布偏离正态,偏态系数加大.泥浆湍流中加入推移质后相关系数降低,脉动的随机性增大.泥浆湍流的脉动能量集中于低频脉动.由于推移质也可以吸收低频脉动能来支持其运动,所以加入推移质后泥浆湍流的低频脉动能量降低,高频脉动能量增大.     

对黄河下游断流与调水问题的思考

介绍了黄河下游断流及其原因，估算了断流时所欠缺的最低水量。分析了解决断流问题的三个基本途径。阐述了南水北调西线方案对我国西南水电资源开发的负面影响。最后，对我国总的水资源形势作了分析。     

河道植被对水流运动影响研究之现状

研究植被与河道水流的相互作用,对于防洪和生态环境治理具有实际意义.总结了沉水植被和挺水植被对水流的阻力的研究进展情况.针对单一类型植被对水流的阻力已经开展了物理模型试验研究,但试验中忽略了植被的生态特征变化对水流运动的影响.已有的植被对水流阻力的数值模型,是通过调整河床糙率来考虑沉水植被对水流的阻力,采用圆柱绕流的阻力公式计算挺水植被引起的水流阻力.今后在分析植被对水流运动影响的研究时,需要进一步考虑植被的多样性和生态特征.     

过载水表的限流试验

国内自来水公司普遍存在水表流量超负荷造成水表损坏、计量不准的现象 ,严重影响了水司的经济效益和社会效益。主要介绍了对水表进行限流以降低超负荷流量的方法 ,并在试验数据的基础上分析了限流的使用条件和对水表计量精度的影响