河道截流戗堤下游回流长度研究

基于沿水深方向积分的平面二维水流动量方程,在采用合理的假定条件下,推导出含渗漏因素的戗堤下游回流区长度计算公式。研究结果表明,戗堤下游回流区长度不仅与坝长、水深、糙率、河宽缩窄比等因素有关,而且与戗堤自身的渗流量有关,回流区长度与渗漏量成反比。     

丁坝回流长度的变化

丁坝的回流长度是反映丁坝作用强度的重要指标．根据水槽试验数据和数学模型计算结果，分析了丁坝回流长度随丁坝附近河床发展过程的变化以及丁坝的相对回流长度与相对河宽的关系，随着丁坝局部冲刷坑的形成，丁坝回流长度明显减小，丁坝的相对回流长度随相对河宽的增大而减小。     

阶梯形丁坝下游回流规律分析

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,其回流规律与船舶通航、坝田淤积及堤岸稳定等系列问题密切相关,但目前研究很少。应用三维水流数学模型研究双级阶梯形丁坝几何尺度及来流条件对回流规律的影响,结果表明:①回流长度随一级丁坝相对长度ε₁及高度ψ₁、二级丁坝相对长度ε₂均呈递增变化趋势,随弗劳德数Fr呈先增大后减小的变化趋势;②回流宽度随ε₁,ε₂和ψ₁变化相对明显,而随Fr变化总体较小;③回流正、负流区宽度比沿程变化曲线总体为上凸状,负流区宽度相对较大,在靠近丁坝部位可达正流区宽度的2.5倍;④回流曲线形态与ε₁,ε₂和ψ₁有关,ε₁和ψ₁主要影响回流曲线长度,ε₂影响回流曲线的整体形态;⑤回流流量一般小于来流量的10%,沿程分布曲线不对称,增流区回流流量变化相对缓慢,而减流区变化相对剧烈。     

透空潜坝附近水流特性的数值模拟

透空式潜坝是一种兼顾生态和环境的新型整治建筑物。为深入了解透空潜坝附近水流特性,基于N-S方程和不可压缩气液两相流理论建立三维数值水槽,对梯形透空式潜坝附近水流特性进行数值模拟,研究了透空率、水深和流速对潜坝附近流场、紊动能和涡量等水流特性的影响规律。结果表明:相同水流条件下,随着透空率的增大,坝后回流流速减小,坝后根部紊动强度逐渐增大,而坝后1~4倍坝高范围内紊动强度逐渐减小,涡量先增大后减小。透空率不变情况下,在相同断面平均流速条件下随着水深增大,透水率逐渐减小,潜坝附近紊动强度整体减小,但紊动范围变化不大,坝顶强涡量区面积减小。在相同水深条件下随着断面平均流速增大,涡旋回流强度逐渐增大,潜坝附近高紊动区紊动强度整体也增大, 坝体顶侧和透水圆孔附近正负涡量间隔分布,强度逐渐增大。     

单边突扩浅水回流水流结构研究

试验资料表明,回流段流速及底部切应力横向分布沿流向呈自相似性。根据相似原理,水深平均方程可化为常微分方程,经求解获得了无量纲速度剖面公式。验证表阴,速度剖面公式不仅适用于垂线平均流速剖面,而且也适用于沿水深各流层速度剖面。利用速度剖面公式计算的垂线平均流速场与实测值符合较好。拟合了无量纲切应力剖面公式,探讨了主回流区阻力分布规律。 此外,还分析了影响回流长度的因素,建立了回流长度经验公式。     

竖缝式鱼道休息池水动力特性研究

诸多鱼类会在休息池内,特别是转弯段休息池内出现滞留或上溯困难。通过建立三维RNG k-ε紊流模型,分析了竖缝位置、池室长度、休息池内增设辅助隔板等对直段休息池、转弯段休息池水动力特性的影响。结果发现,休息池内水流紊动能、紊动耗散率远低于普通池室,且休息池越长,紊动能及紊动耗散率越低,休息空间越大;竖缝位置对直段休息池水流特性影响不大,规范规定的休息池池长是合理的。对于29°弯段休息池,竖缝异侧布置更有利,对于180°弯段休息池,同侧布置更有利;由于180°弯段休息池池室中央存在大范围高流速回流区,应予充分重视。在休息池内增设辅助隔板能有效消除池室中央大回流区,且大幅增加低流速区面积,值得推广应用。     

河床弯曲度对河流紊乱扩散的影响

紊动扩散运动系数D曾在文献[3]中作过分析.在排入河流的污水的稀释计算的基本方程中也阐述过系数D.现根据河宽、水深和河床糙率的变化范围都很大的10个项目的实验数据进行统计分析,可认为紊动扩散无量纲系数为常数,近似等于     

空腔回流区水沙特性的计算分析

建立了回流区水深平均平面二维水流泥沙数学模型，提出了平衡输水模式下回流区泥沙淤积计算方法；工江科学院空腔回尼沙淤积水槽试验数据，验证了回流区泥沙淤各计算方法的可行性和精度；通过数模计算分析，一方面加深了空腔回流区环流结构及含沙量分布的机理认识，另一方面研究了模型主炫对回流区水沙特性的影响。     

有边坡丁坝回流试验研究

在水槽中进行了有边坡丁坝的回流特性试验研究,并从理论上导出了回流长度与最大回流宽度的计算式,计算结果与实测资料符合较好。本文还对丁坝间距的确定和丁坝边坡的设计等问题进行了讨论。     

环翼式桥墩最优挡板形状试验

为研究环翼式桥墩的最优挡板形状,基于桥墩局部冲刷机理,进行了不同流量和不同环翼式挡板形状下的环翼式桥墩局部防冲刷水工模型试验。在环翼式挡板延伸长度为45 mm、位置在水深的1/3处,研究了不同流量、不同挡板形状的桥墩最大冲刷深度、三维时均流速及纵向和垂向紊动强度。结果表明:与无挡板相比,挡板前端和尾端宽度都为45 mm时水流垂向流速减小程度最大;纵向、垂向紊动强度减小程度最大;最大冲刷深度可减小57.6%,防冲刷效果明显。     

大单宽流量低傅汝德数收缩墩底流消力池的试验研究

为解决大单宽流量、低傅汝德数底流消能中存在振荡水跃,进而导致消力池内流态不稳定、水面波动大、消能率低等问题,采用模型试验的方法,对在消力池前设置收缩墩后的收缩扩散与底流复合消力池进行了研究。结果表明:设置Y型收缩墩后消力池内呈较为稳定的收缩射流与淹没水跃的三元复合流态,水流更为稳定,振荡水跃消失,可有效解决池内的水流间歇性振荡和水面大幅波动等问题。同时,设置收缩墩后,可有效降低池内最大临底流速,由近30 m/s降至约20 m/s。消能率由60.93%提升至66.61%,消能效果显著。此外,下游河道冲刷大大减小。最不利冲刷工况下的2年一遇洪水时,基岩最大冲深由近32.0 m降为5.6 m。消力池前设置收缩墩,对于因受地形地质等客观条件限制,无法通过改变池长池深来解决大单宽低傅汝德数的底流消能问题,提供了一种新思路。     

分汊河道分流比对河道水流流态影响分析

结合曹继文关于明渠岸边横向取水的水槽试验成果,应用RNG紊流模型,采用两种自由表面处理方法即刚盖假定和VOF法,对分汉河道不同分流比工况下的水流运动进行三维数值模拟。通过数值模拟计算,得出不同表面处理方法下分汉河道不同分流比工况下的流速分布、水流特性等结果,分流比对分流宽度影响较为明显。     

水闸规模对河道水动力水环境的影响研究

水闸规模与所处河道宽度的差异一定程度上会阻碍水流流通,造成水体置换周期延长,极易诱发水体富营养化,故确定水闸建设规模对河道水动力水环境的影响对维护水安全具有重要意义。以上海市青浦区跃进圩区内的闸坝为研究对象,采用一维水动力水质模型模拟预测了不同闸宽条件下跃进片各断面最大流量、总进水量等水动力变化特征以及COD、NH3-N、TP等营养物质的浓度变化,探讨了圩区水闸闸孔宽度与河道断面匹配关系,分析了闸孔宽度变化对水量水质的影响。模拟结果表明：闸门宽度的增加将直接引起过闸的最大流量线性增大,而总进水量与水质改善情况更大程度地受限于闸门河宽比。在现有引排水量及闸泵调度规则下,跃进片区的临界闸门河宽比约为2/5。     

宽窄相间河道上游流速特性分析

山区河道受地质和河床演变的影响,平面形态呈宽窄相间的形态特征。采用水槽模型试验,建立不同比例的宽窄相间河道模型,对上游断面进行流速测量,对比均匀流分析其流速变化规律,并反算其摩阻流速。结果表明:宽窄相间河道上游较远处流速分布基本符合对数流速分布规律,接近收缩段处不符合对数流速分布规律;宽窄相间河道横向流速分布符合指数分布规律,其横向流速分布参数与摩阻流速呈规律性变化,与宽窄比及距收缩段的距离有关。研究成果可为宽窄相间河道工程整治提供理论参考。     

同侧竖缝式鱼道结构优化数值模拟研究

鱼道是保证鱼类能顺利洄游的过鱼设施。通过竖缝相对宽度分别为0.05,0.10,0.15,0.30,底坡为10%的鱼道模型进行数值计算。采用可视化显示及数据分析的方法分析不同竖缝相对宽度、底坡条件下的同侧竖缝式鱼道的水流结构特征。通过模型模拟,分析水流沿水深方向的流速分布情况、主流区最大流速沿程分布及沿程衰减情况,以及在不同竖缝相对宽度和(或)不同流速情况下的紊动能分布情况。综合各物理量的分析,得出竖缝相对宽度b₀/B=0.15、底坡为10%时,水流在池室内能形成较好的适合鱼类洄游的流态:主流区水流横向扩散范围适中,主流区最大流速沿程均匀衰减,回流区面积较为对称,流速较小。     

长江下游河道河床阻力分布特征及影响因素分析

河床阻力是河流动力学的基本问题之一,与河流的泄流能力及挟沙能力息息相关。利用2014—2016年长江下游九江至河口段河床的多波束、ADCP及底质沉积物的同步采集数据,通过计算沙粒阻力和沙波阻力,分析不同河段河床阻力的分布特征,探讨河床阻力与宽深比、粒度及流速3个因素之间的相关关系,并对比三峡蓄水前后主要河段河床阻力及其与影响因素之间相关性的变化特征。研究结果表明:三峡蓄水前后,总体上,长江九江至吴淞口河段最大河床沙粒阻力和平均沙粒阻力分别减小57％和63％。长江下游河道河床阻力在蓄水前后均以沙粒阻力为主,沙波阻力在河床阻力中占比不足1％且随着三峡工程的运用有减小的趋势。三峡蓄水前,长江下游河道河床阻力与3个影响因素相关性从大到小依次为粒度、流速和宽深比,相应的平均决定系数依次为0.48,0.30,0.25;而三峡蓄水后,长江下游河道河床阻力与3个影响因素相关性从大到小依次为流速、宽深比和粒度,相应的平均决定系数依次为0.71,0.41,0.30,但各河段河床阻力在不同时期主要影响因素又有所区别。研究结果可为长江下游航道整治、航运安全和防洪提供参考依据。     

陡坡U型渠道量水槽适宜收缩比研究

为了找到对坡度大于1/200的U型渠道量水槽较为适宜的收缩比,以椭直形量水槽为研究对象,选择4种规格、6种坡度的U型渠道,设计7种收缩比开展了灌区田间试验。基于量纲分析法推求相对流量和相对水深的函数关系,并结合田间试验数据拟合出量水槽的流量公式,对比分析了量水槽的测流精度、佛汝德数和壅水高度。结果表明：坡度大于1/100时,量水槽无法测流;对于坡度在1/200～1/100之间的U型渠道,当量水槽的收缩比控制在0.550～0.580时,槽前佛汝德数均小于0.5,测流精度较高,平均相对误差为2.22%,最大相对误差为5.0%,槽前最大壅水高度为16.6 cm,不影响渠道的正常运行。研究成果可为陡坡U型渠道量水槽选择适宜的收缩比提供参考。     

Scour downstream of cross-vane structures

Cross-Vanes are hydraulic structures used to stabilize the riverbed and control the grade for river restoration. Scour downstream of Cross-Vane structures depends on the shape of the structure, the bed material and the river hydraulic conditions. This paper aims to predict the maximum scour depth and classify the scour morphology. Two series of experiments were carried out. In the first series, two types of structures, which are I-shape and U-shape structures have been studied in a horizontal channel. In the second series of experiments, riverbed slopes of 1%, 2.5% and 5% were tested. For each type of structure, three heights in different hydraulic conditions including densimetric Froude numbers and drop heights were tested. Results show, that the ratio between the length of the structure and the channel width is one of the most important non-dimensional parameter to classify the scour. New analytical functions have been derived from dimensional analysis to predict the maximum scour depth, the maximum length of the scour, location of the maximum scour depth and the maximum development of the scour width. All the experiments were conducted in clear water conditions. Based on dimensional analysis and using all collected data new equations have been obtained. Scour morphology downstream of Cross-Vane structure was classified in different scour patterns based on different flow hydraulic conditions, structures geometries and the ratio between the maximum length of the scour and the channel width.     

强涌潮河口河相关系及其验证

分析并提出了有涌潮的强潮河口的河相关系式,其平均水位下的断面面积可用落潮时的流量(含径流量)和含沙量计算,结果较符合实际情况,但强涌潮河口河宽大、水深浅,仅采用涌潮系数仍有一定的误差,如改用涨潮流量和含沙量,则可大幅减小计算误差.本文还给出了潮汐河口纵向河宽放宽率和面积放大率的定义和计算公式.利用钱塘江河口治理前后50年的实测资料,对130 km长河段的相应断面特征、河宽放宽率、面积放大率以及弯道特征计算式进行了验证,取得了满意的验证结果.