弯曲河道横剖面的数值预报

在天然河湾中,许多横断面的床面横坡并非为一条直线,而是一条折线,存在一个明显的折点,本文首先通过大量的床面横坡具有折点的断面资料统计分析,研究了折点在床面横坡上的位置,然后以折点为界将床面横坡分成两个部分,借助我们已取得的弯道三维水流流速计算公式建立了一个新的横剖面数值预报模型,模型用原型观测资料进行了验证并与前人的横剖面预报模型进行了比较,结果表明新模型比已有的模型能更好地反映弯道床面形态特征,计算值与实测值吻合良好,     

计算弯道环流的通用公式

针对罗索夫斯基弯道环流公式推导过程中存在的问题，在其模型方程中，增加底床不可滑动条件，耦合求解得到了弯道环流公式和水面横比降公式，并应用数值逼近方法，对弯道环流公式进行了简化，以便于弯道环流的理论计算和工程应用。通过对光滑和粗糙床面条件下弯道环流实验资料的验证，并与罗索夫斯基公式、Odgaard公式、张红武公式进行了比较，表明本文公式与实际值最为符合。因此，本文得到的弯道环流公式，形式较为简洁，易于计算，而且适合不同粗糙度的床面，是计算弯道环流的通用公式。     

连续弯道河床演变试验研究

为研究不同水流条件对弯曲河道河床演变的影响,文章开展连续弯道水槽试验,测量推移质输沙、水位、河床表面高程。结果表明：弯曲段床面的横向底坡存在折点,深槽随不同的横断面而异。同一流量下,横断面平均流速与弗罗德数变化趋势完全一致;随着流量增大,各个横断面的平均流速与弗罗德数也增大。在直线过渡段中间附近容易淤积,淤积程度随流量增大而加剧。床面高程阈值区间随流量增大而增大,床面高程由单一性变为多样性。研究成果对河道治理和改善航运有指导意义。     

冲积河渠床面阻力试验研究

本文分析总结了在可调坡循环长水槽内进行的冲积床面阻力试验资料,同时分析了国内外其它大量水槽试验及天然冲积河渠的床面形态及阻力资料.结合对冲积床面阻力影响因素的物理分析,总结提出了预报冲积河渠床面阻力的规律及公式,同时提出了区分床面形态低能态和高能态的判别公式,初步搞清和提出了过渡区的阻力关系.根据本文提出的公式,可以计算预报不同水沙条件下长江三峡库区淤积河段、长江中下游、黄河下游及各种冲积河渠的床面阻力.     

河流岸坡渗流稳定性及泥沙起动流速的研究

河流崩岸现象时有发生,引入岸坡渗流作用对泥沙起动的影响,对于深入研究河流岸坡稳定及崩岸机理具有重要意义。基于概率论与泥沙起动基本理论,引入床面泥沙相对暴露度及起动概率,采用滑动起动模型,推导出了渗流作用下河流岸坡泥沙起动流速的统一公式;该公式包括了弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡等简化条件下的泥沙起动流速公式。通过有渗流力及无渗流力两种条件下的实测资料验证,公式计算精度较高,与实测数据符合良好。     

弯道三维水沙数值模拟中推移质输移方向的选取

在曲线坐标同位网格下,采用不平衡输沙方程建立了弯道三维水沙数学模型,并考虑了弯道处横坡与纵坡存在对泥沙起动的影响.模型采用有限体积法对方程进行离散,采用与动量插值技术相结合的SIMPLEC算法来进行模型求解.通过弯道试验的计算表明,模型能够有效地模拟出弯道处二次流及河床的冲淤变化情况,实测值与计算值吻合较好.在此基础上,进一步分析了弯道处推移质输移方向选取对冲淤模拟结果的影响,选取推移质输移方向与近底0.08倍水深处流速方向一致时,模拟效果较好.     

无粘沙质床面上冲积性河湾形成和演变规律自然模型试验研究

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型，并利用室内物理模型试验进行验证，验证结果表明，数学模型能够较好地模拟弯道内水流的流速分布以及湍流特征。以验证后的模型为工具，对具有不同平面形态和床面形态的弯道中的水流运动进行了模拟，模拟结果表明：弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性，同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸，流速的沿程变化也较平整床面更为复杂；另外，与对称型河弯（正弦派生曲线型）相比，非对称河弯（Kinoshita派生曲线型）中在两弯顶中间存在较多的低流速区，有利于泥沙的落淤，而对岸流速一般较大，形成河岸的快速崩退，这能够从一个侧面解释非对称河弯向下游方向整体的快速迁移。     

弯道床面剪切力的分布

本文根据弯道纵向垂线平均流速分布公式,建立了弯道床面剪切力沿程及沿河宽分布的计算公式。利用实测试验资料对公式的计算结果进行了比较,成果表明,计算值与实测值基本吻合。依据床面剪切力分布公式,结合前人的一些研究成果,较系统地分析了相对曲率半径r_0/B、来流条件τ_0、河床粗糙情况c、相对水深H/r_0、弯道中心角φ及河床断面形态h/H等因素对床面剪切力分布的影响,所得结论与试验成果是一致的。     

运用正交数值网格计算平面二维河道推移质冲淤

本文对平面二维非均匀推移质冲淤计算进行了研究。针对推移质输沙带具有靠近弯道凸岸、一般不进入回流区的特点,采用文献[1]的数值网格生成方法和流场计算方法,生成在凸岸密集、在立轴回流区稀疏的正交数值网格和计算流场,既可节省计算时间和内存,又能提高推移质冲淤计算精度。运用文献[2]的“可动层”概念,提出床面“可动层”泥沙级配计算方法,考虑了床沙级配随冲积层深度的变化。文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为例,计算了非均匀推移质冲淤河床变形,其结果与实测资料基本一致。     

不同坡降影响下弯道式引水渠首水流三维数值模拟研究

采用基于VOF法的RNGkε-紊流模型,对不同横向坡降下的弯道式引水渠首水流进行三维数值模拟,分析了弯道段渠底坡降对水流速度场的影响。计算结果表明:存在一定横向坡降的弯道较平坡相比,在凹岸处增加了一个与主环流同向的小环流,且其纵向主流速最大值向凹岸偏移程度大于平坡。由此得出,存在一定横向坡降时的弯道式引水渠首的水流流速结构更有利于引水渠首引水排沙的需求,能更好的满足实际工程需要。     

丁坝群对弯道水力特性影响的数值模拟研究

弯道螺旋流是弯道水流的特点之一,弯道环流会造成凸岸发生淤积,凹岸遭受冲刷,对护岸工程非常不利。在弯道中布设丁坝可有效减弱弯道螺旋流强度,改善水流流态,保护岸坡稳定。采用RNGk-ε湍流模型,应用VOF法捕捉自由水面,采用半隐式SIMPLE算法求解速度与压力耦合方程组,模拟在60°弯道内布设丁坝群后弯道水流特性。研究表明:数值模拟的水位、流速和试验数值据吻合良好。弯道内设置丁坝群后,可有效改善凹岸区域的冲刷及凸岸的淤积,主河槽的水深增加,水面横比降减小,说明丁坝群的布置在稳定弯道水流,防止岸坡冲於方面有较好的效果。     

运用正交数值网格计算平面二维河道推移质冲淤

本文对平面二维非均匀推移质冲淤计算进行了研究,针对推移质输沙带具有靠近弯道凸岸、一般不进入回流区的特点,采用文献[1]的数值网格生成方法和流场计算方法,生成在凸岸密集、在立轴回流区稀疏的正交数值网格和计算流场,既可节省计算时间和内存,又能提高推移质冲淤计算精度,运用文献[2]的“可动层”概念,提出床面“可动层”泥沙级配计算方法,考虑了床沙级配随冲积层深度的变化,文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为例,计算了非均匀推移质冲淤河床变形,其结果与实测资料基本一致,     

中国坡面水蚀预报模型研究

基于我国坡面水蚀预报模型研究成果,考虑浅沟侵蚀对坡面侵蚀产沙的重要影响,建立了我国坡面水蚀预报模型,给出了模型参数降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀影响因子的算法和采用数值。指出今后应加强土壤可蚀性因子、覆盖—管理因子和水土保持措施因子的研究与集成。利用自然坡面径流小区实测资料对模型进行验证,表明模型具有较高的预报精度,在有浅沟和无浅沟的坡面上,预报精度达88%以上。     

船体各种剖面的横摇阻尼与旋涡的形状

本文运用求解N－S方程的手法研究船体的横摇阻尼问题。利用作者原先提出的计算方法，数值模拟船体各种二维横剖面在横摇时的粘性流场。计算结果表明涡的位置与实验结果相当吻合，同时给出了横摇时各种横剖面的剪切应力与压力分布，比较各种不同剖面的旋涡形状可以发现，对于船舯附近的剖面，船体周围有两个涡，而对于船首或船尾附近的剖面，船体周围只有一个涡。利用这一数值模拟结果计算了包括粘性影响的横摇阻尼，计算结果表明横摇阻尼中压力成分比剪切应力成分要大。     

大底坡复合圆弧曲线急流弯道水力特性试验研究

西安市黑河引水一期工程－石砭峪水库泄洪洞弯段布置为大底坡急流弯道，为调整其体形和水流流态，进行了水工模型。根据隧洞已开挖成洞的现状，又要较好地控制道段水流态的要求，试验中道对不同弯道体形进行了多次比较和修改，其中复合圆弧曲线弯道体形较好地控制了急流大弯道大流流态。     

预报模型的组合及其在韩江流域洪水预报中的应用

简要介绍了几种预报模型原理，结合韩江流域现有水文站点的分布特点及预报需要对预报模型进行组合，并用水文资料率定参数和检验，据此分析论证了其在洪水预报中的应用和作用。     

利用航摄照片计算洪水河床横剖面方法

本文旨在介绍利用洪水期的航摄照片,为发展计算河床横剖面的新方法而进行的研究成果.新近研制的简易计算河床横剖面的解析模型,用航摄资料进行检验.模型所需的计算河床横剖面的资料,仅仅是水面流速分布、水面比降、流量和床沙粒径横向分布等实测资料.为了求出横断水面流速分布和纵向水面比降,采用精密解析绘图仪,对一系列航摄照片进行了分析.本解析模型计算的河床横剖面与实测值相当吻合.     

弯曲河道中水流运动的三维数值模拟

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型,用室内物理模型试验进行验证,结果表明,该模型能够较好地模拟弯道内水流流速分布以及湍流特征。随后用该模型模拟了若干典型平面形态和床面形态的弯道水流运动。模拟结果表明:弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性,同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸,流速的沿程变化也较平整床面更为复杂;另外,与对称型河湾(正弦派生曲线型)相比,非对称河湾(Kinoshita派生曲线型)中在两弯顶中间存在较多的低流速区,有利于泥沙落淤,而对岸流速一般较大,形成河岸的快速崩退,这能够从一个侧面解释非对称河湾向下游方向整体的快速迁移。     

推移质输沙率神经网络模型的试验研究

本文在分析推移质输沙率演变过程及其影响因素的基础上，概化为一种非线性的输入输出泛函关系。而后以人工神经网络作用原理建立了推移质输沙率的反馈网络模型。在变坡水槽中铺设天然沙，进行了九组不同流量、坡降及床沙组成的恒定流推移质输沙率试验。对每组试验过程连续接沙，称取并记录每次接沙时间、输沙量及其最大粒径，直到床面粗化稳定为止。以此试验资料对模型进行识别及模拟，显示了该推移质输沙率反馈网络模型具有较好的模拟预测效果。     

环流非充分发展的弯道床面切力计算

本文从环流非充分发展的弯道水流入手,对微分水体进行了受力分析,建立了床面切力计算公式(10)及(13).利用实测资料对公式进行了验证,成果表明计算值与实测值基本一致.