桥渡非恒定流水工模型试验研究

扼要介绍非恒定流模型试验的理论基础(模型水流与原型水流的相似准则),我院为开展非恒定流试验研究而研制的试验设备与仪器,以及针对水库溃坝水流、潮汐水流、涌潮水流、天然河道水流等不同类型非恒定流对桥渡建筑物影响所进行的试验研究特点、研究成果和发展进程。     

短模型上的明渠非恒定流试验

水工整体模型试验中,明渠非恒定流至今大多被简化为恒定流,而效果有时并不理想。本文指出,只要设置固定式曲线尾门,并有必要的动态量测设备,便可模拟原型非恒定流;即使模型偏短,也能得出比恒定流试验更接近原型的成果。在同一模型上,既做恒定流试验,又进行必要的非恒定流试验,二者相辅相成,必将有助于试验水平的提高。作为例证,本文介绍了泄洪调度导致航道水面波动的一项试验成果,并以岩基冲刷、通航水流条件、围堰过水、河床冲淤等研究课题为例,讨论了采用“短模型非恒定流试验方式”的必要性与可行性。     

水电站设计中的明渠不恒定流计算

在水电站设计中,不恒定流是经常遇到的,例如库区建坝前后的洪水变化,水库下游的洪水演进,日调节电站上游引水渠和下游河道的水流运动,溃坝洪水运动等。上述的不恒定流动虽然引起的原因不同,表现形式也不完全一样,但在计算上均可归结为在某一定解条件(初始条件和边界条件)下求解圣维南方程     

非恒定流作用下砾石推移质输移特性试验研究

基于水深与流量的变化率提出了反映水流非恒定强度的无量纲参数P。利用水槽非恒定流输沙同步测试系统试验研究了非恒定流作用下砾石推移质的输移特性。试验资料分析表明,非恒定流作用下的砾石推移质输移具有明显的随机性、间歇性与阵发性。水流的非恒定性对输沙率峰值的脉动性有影响,对P＞0.32的强非恒定流而言,若输沙率样本数少于20,将会给输沙率结果带来较大的偏差。非恒定流作用下输沙率与水流要素变化具有不同步性,并与水流非恒定强度有关。P＞0.32时,输沙率峰值一般滞后于流速峰值;当P＜0.32时,可能出现输沙率峰值先于流速峰值的现象。非恒定流作用下砾石推移质平均单宽输沙率（或输沙量）与单宽流量（或径流量）、非恒定强度参数P有关,随P的增强而加大。     

三峡船闸下游引航道通航条件研究

三峡船闸末级闸室泄水和大坝泄洪引起下游引航道水位波动,水流往复运移。这种非恒定流影响船舶在引航道安全航行和停泊。通过物理模型试验介绍了船闸下游引航道非恒定水流特性和通航水流条件,并提出了改善通航水流条件的有效措施。     

保水堰的交替水流数值模拟初探

为了对保水堰的交替水流进行数值模拟,依据保水堰恒定流情况下的工作特性,将保水堰的水流形态分成堰流和满流两种状态,分别建立保水堰不同流态下的非恒定流数学模型。分析两种不同水流形态的交替机理,建立两种水流的转换条件,联立两种不同形态的数学模型构成保水堰的堰流和满流交替的非恒定流数学模型。利用数值计算的方法对保水堰的水流交替情况进行了模拟,结果表明,通过将两种流态的方程进行组合,可以合理地模拟保水堰的水流交替过程。     

基于集合卡尔曼滤波的实时校正方法

为减少非恒定水流计算中的不确定性,基于集合卡尔曼滤波提出多变量交替校正的方法。该方法通过交替校正水位和流量,避开了滤波过程中的大矩阵计算,实现了利用观测信息直接校正非恒定流状态的目的;同时,应用尺度转换方法提高水位滤波精度。数值试验重点考察了观测误差和水位变换系数对模型计算精度的影响。结果表明:观测误差越小,模型的计算精度越高;水位尺度变换系数能显著增强多变量交替校正方法的效果,变换系数越大,计算精度越高;基于集合卡尔曼滤波的多变量交替校正方法具有良好的校正性能,能显著提高河道水流的预报精度。     

明渠不恒定流一维计算综述

一、概述河渠不恒定流是指天然河道或人工渠道中流量、水位、流速和过水断面等因素随时间而变化的水流运动,自然界绝大多数的水流属于不恒定流:潮汐河口和感潮地区的水流运动更是如此。     

计算流体动力学(CFD)在建筑排水系统中的应用

建筑排水系统的设计依据是最大使用限度理念,该理念由概率论和恒定流理论发展而来.这种基于恒定流理论的现有方法,对排水立管流态、瞬态压强传播机理、系统内气体运动模式、虹吸雨水排水系统初始阶段的管道水流状态等问题的分析难以取得有效进展,而对排水系统内部非恒定水流运动情况的详细分析已成为该领域的研究趋势.介绍了研究建筑排水系统内气水运动模式的计算流体动力学(CFD)方法,并总结了CFD在国外排水系统中的应用情况.     

河流弯道取水口河冰动力学模型的建立方法

为保障河流弯道取水口在冰期的安全、稳定运行,以黄河内蒙古段某电厂弯道取水口为研究对象,研究建立了河流弯道取水口河冰动力学模型。研究主要分为实体模型试验、数学模型开发及调试、优化排冰方案3个步骤。实体模型试验的目的是研究弯道取水口处水流的运动特性及其对河冰运动的影响,分析河冰在弯道处的运动规律及积累过程;数学模型主要包括水流非恒定流模型和冰动力模型,通过模拟不同工况下河冰的运动情况来不断优化和完善数学模型;优化排冰方案是通过运行不同的导冰筏设计方案确定出合理的设计结构,最终提出针对不同弯道取水口的合理、有效的排冰模式。     

河流弯道取水口河冰动力学模型的建立方法

为保障河流弯道取水口在冰期的安全、稳定运行,以黄河内蒙古段某电厂弯道取水口为研究对象,研究建立了河流弯道取水口河冰动力学模型.研究主要分为实体模型试验、数学模型开发及调试、优化排冰方案3个步骤.实体模型试验的目的是研究弯道取水口处水流的运动特性及其对河冰运动的影响,分析河冰在弯道处的运动规律及积累过程;数学模型主要包括水流非恒定流模型和冰动力模型,通过模拟不同工况下河冰的运动情况来不断优化和完善数学模型;优化排冰方案是通过运行不同的导冰筏设计方案确定出合理的设计结构,最终提出针对不同弯道取水口的合理、有效的排冰模式.     

基于图像识别的非恒定流卵砾石输移试验研究

采用自主研发的水位、泥沙运动同步观测系统,分析相同幅度、不同周期非恒定流条件下卵砾石起动试验研究,其中水位与泥沙运动观测系统主要由相机、超声水位计组成。提出了卵石运动图像的分析方法,能够有效识别经过断面的卵石运动。初步对非恒定流条件下卵砾石输移进行研究,试验结果表明,非恒定流条件下,上升段输沙强度大于下降段输沙强度,随着周期的增加,上涨段与下降段的输沙强度差逐渐减小。     

黄河三门峡库区一维泥沙数学模型

本模型是从水流泥沙运动的基本方程出发，对宽线河段横断面采用剖分单元的处理办法而建立起来的。模型计算采用差分法，将不恒定流概化为恒定流求非耦合解。经用１９７５－１９８１年的实测资料进行验证，得到的模型计算的有关结果与实际符合较好。     

恒定流研究坝下水位流量关系的缺陷探讨

通过运用一维水流数学模型对广州市流溪河人和拦河坝枢纽工程（以下简称人和坝）下的水位流量关系曲线进行了恒定流和非恒定流计算,对比两种计算模式的成果后,对传统采用恒定流计算水位流量关系存在的缺陷进行了探讨。针对恒定流模拟中的缺陷,结合实际工程中不同水位流量关系在设计中的不同作用,最终确定了人和坝下水位流量关系曲线。通过数学模型计算的水位流量关系曲线,往往是特定地形和水文组合共同作用的产物,但其在一定程度上也反映了河道的水流特性,能为坝体工程的消能防冲设计等提供参考依据。     

泄水建筑物反弧急流水深的显式解

泄水建筑物反弧急流水深是泄水工程下游水流衔接、反弧半径设计、反弧段动水压力计算的重要参数。本文的目标就是探讨具有足够精度又计算方便的泄水建筑物反弧急流水深计算方法。在利用恒定急变流的能量方程对于泄水建筑物的反弧水流进行分析基础上,对恒定急变流的能量方程建立的反弧段水深方程,通过级数展开近似处理,得到泄水建筑物反弧急流水深的显式解。精确解和显式解的误差分析表明,当急变流流速系数在0. 85到1. 0之间变化时,反弧急流水深的误差随着流速系数的增大而减小;当流能比在0. 01到0. 3之间变化时,反弧急流水深的误差随着流能比的减小而减小。建议的公式最大误差小于1. 85%。可见,在实际工程的参数变化范围内,本文建议的泄水建筑物反弧急流水深的显式解形式简单、计算方便、又具有足够的精度,因此可应用于实际工程泄水建筑物反弧急流水深的水力计算。     

黄河三门峡库区一维泥沙学模型

本模型是从水流泥沙运动的基本方程出发，对宽浅河段横断面采用剖分单元的处理办法而建立起来的。模型计算采用差分法，将不恒定流概化为恒定流求非耦合解。经用１９７５～１９８１年的实测资料进行验证，得到的模型计算的有关结果与实际符合较好。     

基于粒子滤波的一维非恒定流模拟多变量校正方法

为减少数值模型的不确定性,将粒子滤波方法引入一维非恒定流水量计算,建立了一维水量模拟的多变量校正方法。该方法通过对水流状态粒子进行统计估值,实现模型状态变量的最优估计。以单一河道洪水演进过程为例,探讨了多变量校正方法在一维非恒定流计算中的性能,分析了粒子数量、状态变量扰动误差和边界条件的不确定性对滤波效果的影响,从准确性、稳定性和高效性三方面对粒子滤波和集合卡尔曼滤波的性能进行了比较。结果表明:粒子数量为100时可兼顾滤波效果和模拟效率;水位、流量扰动误差标准差均取实际值的10%,边界条件相对误差在20%以内时,模拟精度可达94%以上;粒子滤波虽然在准确性和稳定性上较集合卡尔曼滤波稍弱,但是计算效率约是集合卡尔曼滤波的2.3倍。太湖流域河网水量校正证实,粒子滤波可显著改善模拟精度。     

三峡船闸末级闸首超长泄水廊道中阀门

利用物理模型试验和数学模型计算，分析了三峡船闸末级闸首泄水廊道中阀门在正常开启过程中，阀门段的水流流态特征，阐述了非恒定流条件下的阀门段廊道水流压力、阀门启门力和阀门段空化特性，确定了反向弧形门各开度下的临界空化数.     

三峡船闸末级闸首超长泄廊道中阀门水力学关键问题研究（1）——正常开启过程的阀门水动力学特性

利用物理模型试验和数学模型计算，分析了三峡船闸末级闸首泄水廊道中阀门在正常开启过程中，阀门人面的水流流态特征，阐述了非恒定流条件下的阀门段廊道水流压力、阀门启门力和阀门段空化特性，确定了反向弧形门各开度下的临界空化数。     

一维圣维南方程组在非恒定流计算中的应用

天然情况下，河道水流在某河段内可能是恒定流，亦可能是非恒定流。一般地，山区性河流多视为恒定流，但在河道干支流的汇合口、河道与湖泊的交汇处、以及潮汐河段等处的水流常常为非恒定流。对于非恒定流， 用常规的水文学方法难以分析计算出河道水流的各个水文特征值，圣维南方程组则是解决此类问题的途径之一。运用圣维南方程组建立一维数学模型，应用芙蓉江江口水文站、长江徐六烃水文站实测水文资料进行分析验算，对解决非恒定流方面的一些实际的水文问题进行初步分析和探讨。