堆积体作用下陡坡河道流速沿程及横向分布规律

滑坡、泥石流等灾害过程,常在河流岸边形成大型堆积体,缩窄了主河道过流宽度,对主河道水流运动产生影响.通过水槽试验,研究了堆积体作用下陡坡急流河道流速沿程及横向分布规律.试验结果表明:受堆积体影响,水流流态一般可分为上游低速区、主流区、下游回流区及堆积体下游段折冲水流与隐蔽区缓流相遇而形成的斜向水跃.堆积体的壅水作用对主流区流速沿程分布影响较大,随堆积体尺度的增加,对主流流速影响增大,影响范围加大.堆积体上游段,主流流速受堆积体影响减小;急流条件下,堆积体段的过流断面束窄,过流能力降低,主流流速较天然状态有所降低,出现急、缓流过渡,堆积体末端逐步恢复至天然状态.堆积体下游临近断面流速大小与天然状态基本一致,沿横断面的流速比天然状态略有增大,对岸流速则略有降低,随堆积体规模的增加,流速横向变化幅度增大.     

山区宽窄相间河道不同流量下水流结构研究

为了研究山区河流宽窄相间河段不同流量下水流结构特性,以雅安宝兴河上游河段为研究对象,概化实际河道,并建立三维水流计算模型。结果表明①小流量下,窄段上游无明显壅水现象,宽窄相间河道显现出与顺直河道相似的特性,随着流量的增加,窄段上游壅水剧烈,宽段到窄段沿程断面平均流速呈现“增加—相对稳定—骤减—相对稳定—增加”的分布规律;②受河宽、壅水和回流影响,不同流量工况下宽段横断面的水流特性分布较窄段更加复杂,且在宽段的壅水区与非壅水区流速分布规律差异亦较大;③不同流量状况下,宽段床面剪切力剧烈变化将造成卵石沿程运动的不连续性,宽段河床呈现周期性往复发展的复归性变形,从而维持了宽段河床结构的稳定,而在窄段,河道在较大的床面剪切力长期作用下,形成了与周围环境相适应的河床结构,以消耗窄段较大的水流能量,从而保护河床的稳定。     

堆积体作用下的河道壅水计算

受汶川地震影响,震区河流沿岸大型堆积体增多,因其束窄了河道过流断面,故易在上游造成壅水。壅水高度与堆积体规模、天然水流运动特性相关。对堆积体的壅水问题进行了水槽试验研究,分析了堆积体上游壅水特性与来水流量、堆积体尺度间的关系,讨论了堆积体最大壅水高度的影响因素。引入了堆积体阻水率概念,研究了最大壅水高度和堆积体阻水率以及弗劳德数之间的关系,通过试验数据拟合建立了计算公式,为主河道受堆积体作用下的壅水高度提供了一种计算方法。     

桩墩影响下的水动力数值模拟

建立平面二维数值水槽模型,将桩墩作为不透水边界处理,利用三角形加密网格精确模拟桩墩形状,计算分析缓流河道中单排桩墩影响下水位和流速的变化,并探讨了方墩与圆墩对水流变化的影响差异以及糙率与紊动黏性系数对壅水数值的敏感性。研究结果表明:①桩墩引起的水流变化沿纵、横向呈现出不同的分布形式,沿横向呈波状分布。墩身上游主要表现为水位壅高,流速减小;墩身下游则表现为水位跌落,流速在墩间区域增加,而在墩后区域减小。②方墩对水流变化的影响比圆墩大;上游壅水随糙率变化较小,但对紊动黏性系数的变化较为敏感。     

河道束窄段对上游洪水过程特性的影响

为了研究束窄河段对洪水演进过程特征的影响,采用二维全水动力模型GAST模拟了束窄段河道洪水过程,通过理想河道和灞河上游实际河道分析了河道束窄程度与洪水特性间的定量关系。结果表明：束窄断面形状对洪水过程特征中水深、流速影响的大小依次为V形>U形>梯形>矩形。断面形状相同时,束窄程度越大对水深和流速影响越大。河道束窄段上游水位壅高,下游水位相对降低但流速更大。扩宽河道束窄段可以降低上游水位及上下游流速差。在“8·19”洪水下,灞河束窄河段束窄程度降低时(原河道束窄程度为64.4%,河道疏浚后束窄程度分别为55.6%、46.7%、37.8%),上游最大水深分别减小0.669、0.985和1.066 m,上下游流速差分别减小0.702、1.592、2.550 m/s。洪量越大则河道水位越高、流速越大,束窄程度变化对水位和流速变化的影响也越大。将“8·19”洪水进行缩放入流情况下,原始河道最大水深分别为2.177、2.778、3.618 m,束窄程度为37.8%时最大水深减小至1.866、2.367、3.175 m。通过分析不同束窄程度的束窄段河道洪水过程特性,可为束窄段河道防...     

堆积体对上游附近河道三维流速分布影响的试验研究

堆积体的存在易对河道的水流流速产生影响。通过水槽试验,采用ADV观测堆积体附近的三维流速。通过控制流量大小,研究堆积体作用下河道三维流速沿堆积体上游临近横断面的分布规律。试验结果表明:①流量相同时,流速受堆积体形态影响。离河床越近,三维流速沿横断面的分布曲线:顺水流方向流速u的趋势线越陡,指向右岸一侧流速v和垂直河床向下流速w的峰值越向堆积体在横断面的投影线靠近。v由天然情况下趋于0的直线变成离河床越近,流速峰值越大,两岸流速越小的下抛物线。w在河床附近,曲线呈“勺子”形态,远离河床,曲线失去“勺子”形态。②随着流量增加,同一流层上,u流速增大,流速沿横向的分布越不均匀,曲线越陡。u流速方向和v流速方向的夹角θ,在离左岸(堆积体一侧)大约1/2堆积体半径时取得最小值。离左岸越远θ值越大,直至离左岸45 cm后θ才恢复天然值90°。研究成果可为河流防护和治理工作提供技术支撑。     

基于多因素协同作用的沿河公路护岸冲刷深度分析与计算

确定河道中河流最大冲刷深度,是决定沿河公路路基埋深的基础,对保障沿河公路安全有重要意义。为建立简便的冲刷深度计算公式,在室内进行了不同弯道角度、流量下的河流冲刷模型试验。结果表明,在直道段顺水流方向冲刷深度变化幅度不明显,随着流量的增大,直道段各断面冲刷深度随之增大;在弯道段,顺水流方向冲刷深度呈现先增大后减小的趋势,同时在进入弯道后,受弯道环流的影响,两岸的冲刷深度差逐渐增大,在部分工况下甚至出现了凹岸冲刷严重而凸岸淤积的现象;河流最大冲刷出现的位置在弯道出口下游处,随着弯道角度与流量的增加,逐渐向弯道出口处迁移。河流最大冲刷深度与流量和弯道角度存在线性关系,与相对流速和水深存在幂函数关系。在此基础上,综合考虑水深、相对流速和弯道角度耦合作用,建立了适用于河道直段与弯段的河流最大冲刷深度计算公式,可用于河道直段与弯段最大冲刷深度的计算。     

堆积体对河道横断面流速分布影响的试验研究

大型泥石流、滑坡等灾害引起的河道堆积体体型较大,会引起河道横断面流速分布的较大改变。为了研究堆积体对河道横断面流速分布的影响,拟通过10组缓坡和6组陡坡河道水槽试验,得出不同尺度堆积体在陡缓坡河道上引起的横断面流速不均匀性的沿程变化结果,并对动能修正系数α和流速横向分布的结果进行分析。结果表明:α的大小能够反映流速断面分布的均匀性,且堆积体的阻水率越大,流速分布的不均匀程度越高;对于缓坡河道,在堆积体河段的x/l=0.5处,流速分布的不均匀程度最大,下游需要较远的距离来消弥堆积体对流速横向分布的影响;对于陡坡河道,流速分布均匀程度的变化主要集中在堆积体河段,且α峰值明显低于缓坡,对上下游影响不大。     

堆积体影响下陡缓坡河道水流特性研究

滑坡、泥石流等地质灾害常在河流岸边形成堆积体,占据主河道过流宽度,改变原有水流流态,影响行洪与航运安全。基于前期水槽试验,利用数值模拟设置多组坡度条件,研究了沿程水面线、流速、水流偏转及紊动能变化规律,探讨了堆积体影响下陡、缓坡河道水流特性。结果表明:由于陡、缓天然水流流态差异,其断面比能大小与坡度成正比,在堆积体影响下,水流特性存在明显差异;陡坡上游壅水高度大于缓坡,动能较大使水流惯性更强,因此堆积体中轴线附近的水流偏转幅度与紊动强度相比缓坡有明显提升;在堆积体下游,缓坡水流通过水跃消耗能量,各项水流特征逐渐恢复到天然状态;陡坡条件下由于天然水流处于急流,流速持续增大,边壁折冲流频繁且幅度较大,导致水流紊动较强,并在下游出现多个紊动能量核。研究结果进一步揭示了不同底坡下堆积体河道水流特性,可为地震次生地质灾害区的河流治理及河床演变研究提供参考。     

堆积体对河道流速分布的影响研究

通过水槽实验研究,分析了河流的水流流速分布受堆积体影响的特性,其结果表明:(1)受堆 积体影响,水流流态一般可分为4个区段,即水流的主流区、堆积体上游滞流区、堆积体下游回流区及 堆积体下游主流区和回流区之间的过渡区。(2)堆积体体型对主流流速沿程变化影响很大,一般阻水率 越大,其对主流流速影响幅度越大,影响范围也越大。堆积体上游段,主流流速受堆积体影响流速减 小;堆积球权段,主流流速显著加大,堆积体末端附近,流速达到最大;堆积体下游段,水流逐渐扩散, 主流流速逐渐减小,但主流流速仍较无堆积体情况明显加大。(3)水流主流流速变化与流量之间无确定 相关关系,堆积体对主流流速沿程影响特性完全与堆积体阻水率的变化特性相一致。(4)引入堆积体阻 水率概念,堆积体的阻水率对水流结构的影响起决定性作用,阻水率越大,其对水流结构影响越大。     

河道中受侧壁影响的断面流速分布规律研究

断面水流流速分布是研究河道水流泥沙运动规律的基础。天然河流断面形态不同,其流速分布特性也有差别:对于比较宽浅的河道,侧壁对断面流速分布的影响较小,流速沿垂线分布梯度较大,垂线上最大流速一般位于水面,垂线平均流速沿河宽方向(横向)分布较均匀;对于较窄深的河道,侧壁对流速分布的影响较大,流速沿垂线分布较均匀,垂线上最大流速一般位于水面以下,垂线平均流速沿河宽分布梯度较大,因此,对于较窄深的河道必须考虑侧壁对流速分布的影响。本文在分析天然河道流速分布特性的基础上,从紊流的雷诺方程出发,推导获得了水流受侧壁影响的横断面流速分布公式和垂线平均流速沿河宽分布的公式。公式计算结果与水槽试验和天然河流实测流速分布资料的比较分析表明,公式能较好地反映流速沿垂线和沿横向的分布特性,具有较好的理论和实用价值。     

TWO-DIMENSIONAL CALCULATION FOR WATER SURFACE LINE OF OPEN BEND CHANNEL

1.　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｎａｔｕｒｅ,ａｓｔｈｅｒｉｖｅｒｃｈａｎｎｅｌｓｌｏｐｅｉｓｕｓｕａｌｌｙｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｖａｌｌｅｙｏｎｅ,ｔｈｅａｌｌｕｖｉａｌｒｉｖｅｒｉｓｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ.Ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅ?..     

FISH DEPTH DISTRIBUTIONS IN THE LOWER MISSISSIPPI RIVER

A substantial body of literature exists about depth distribution of fish in oceans, lakes and reservoirs, but less is known about fish depth distribution in large rivers. Most of the emphasis on fish distributions in rivers has focused on longitudinal and latitudinal spatial distributions. Knowledge on depth distribution is necessary to understand species and community habitat needs. Considering this void, our goal was to identify patterns in fish benthic distribution along depth gradients in the Lower Mississippi River. Fish were collected over 14 years in depths down to 27 m. Fish exhibited non‐random depth distributions that varied seasonally and according to species. Species richness was highest in shallow water, with about 50% of the 62 species detected no longer collected in water deeper than 8 m and about 75% no longer collected in water deeper than 12 m. Although richness was highest in shallow water, most species were not restricted to shallow water. Rather, most species used a wide range of depths. A weak depth zonation occurred, not as strong as that reported for deep oceans and lakes. Larger fish tended to occur in deeper water during the high‐water period of an annual cycle, but no correlation was evident during the low‐water period. The advent of landscape ecology has guided river research to search for spatial patterns along the length of the river and associated floodplains. Our results suggest that fish assemblages in large rivers are also structured vertically. Published 2013. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.     

DISTRIBUTION OF WAVE-INDUCED EXCESS MOMENTUM FLUXES OVER DEPTH AND APPLICATION TO THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL MODELING OF WAVE-CURRENT INTERACTIONS

1.　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｗａｖｅｄｙｎａｍｉｃｓ,ＬｏｎｇｕｅｔＨｉｇｇｉｎｓａｎｄＳｔｅｗａｒｔｈａｖｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｗａｖｅｉｎｄｕｃｅｄｅｘｃｅｓｓｍｏｍｅｎｔｕｍｆｌｕｘｅｓｉｎｔｉｍｅａｖｅｒａｇｅｄａ?..     

On application of the Weibull distribution in hydrology

The Weibull distribution, commonly used in hydrology, was derived using the principle of maximum entropy. The derivation required two constraints to be determined from data and yielded, in turn, a unique procedure for estimation of the distribution parameters. This method of parameter estimation was either superior or at least comparable to the methods of moments (MOM) and maximum likelihood estimation (MLE) for the precipitation data used. This distribution was less than accurate in representing probability distributions of rainfall depths and durations.     

计算机算法在求解复杂学公式中的应用

水利工程设计中，经常遇到求解收缩水深he、临界水深hk，和共轭水深h1（或h2）等问题，传统方法采用试算法或图解法，其计算过程复杂、繁琐、工作量大，且精度不高。本通过计算机（BorlandC）编程，建立公式求解的计算机算法模型，可快速准确地推求出数值结果，可供水利设计人员参与。     

黄河源区冻土变化特征及其与温度的关系

利用黄河源区9个气象站1997—2018年的逐日气温、地表温度和冻土深度资料,使用线性趋势分析法,基于ArcGIS的反距离权重插值法、高程插值法和相关系数法,对黄河源区温度和季节性冻土最大冻结深度以及封冻期起止时间进行分析,研究最大冻结深度与温度的相关关系。结果表明：黄河源区季节性冻土的最大冻结深度分布具有较明显的纬度分带性和垂直分布性,纬度较高地区大于纬度较低地区,海拔较高地区大于海拔较低地区。同时纬度高海拔高的地区相较于纬度低海拔低的地区来说,冻土冻结起始日出现的更早,解冻日出现的更晚,封冻期更长;黄河源区季节性冻土的冻结起止时间均发生了变化,大致表现为冻结起始时间延后,冻结消融时间提前,封冻期缩短,不同地区变化幅度有所不同,源区平均缩短速率为8 d/（10 a）。近20年来,源区绝大部分地区气温、地温和负积温均呈现不同程度的上升趋势,冻土最大冻结深度呈波动减小的趋势,最大冻土深度和冬季平均气温地温、周期内平均气温地温、负积温均呈负相关关系,其对负积温的响应最为显著,相关系数R=-0.762 7。这说明负积温每上升100 ℃,最大冻土深度将减少7.07 cm     

沧州市2012年次降雨径流关系分析

通过沧州地区5个区域计算2012年汛期暴雨后各分区的产流量和实测径流量的对比,发现二者较接近。在对沧州市暴雨径流关系分析时,市区沿用P~R经验公式计算,非市区沿用(P+Pa)～H～R相关形式分区进行计算。     

分形理论在城市给水管网布置中的应用

通过对分形理论和给水管网特点的研究,建立了一种新的定量描述给水管网空间分布状态的评价指标--管网覆盖度和管网覆盖深度。采用盒计数法计算给水管网规划布置的分形维数,将给水管网的规划布置由定性分析改为定量分析,从而为给水管网的定线和布局做出合理的指导,使给水管网的平面布置更加科学可靠。     

不同因素对沿程汇流多孔流体分布管压力分布的影响

为了研究不同因素(水深、开孔比、长径比等)对沿程汇流多孔流体分布管压力分布的影响,采用流体力学基本原理,从理论角度分析论证了不同因素对压力分布的影响,提出了压力分布综合表达式。通过室内模型试验结果分析并验证综合表达式,结果表明:压力随水深、开孔比的增加而增加。当开孔比相对较大时,压力分布的均匀性将会降低;压力随长径比的增加而增加,但增加值相对较小。多孔流体分布管在汇流过程中,管长前1/3段压力变化值较小,后段较为显著。在这些影响因素中,长径比对压力分布的影响最小,但是长管压力分布的均匀性比短管好。压力分布综合表达式经试验验证拟合效果较好,可以为多孔流体分布管的设计和应用提供参考。