有桩群河道水流紊动特性探究

为了分析桩群对河道水流紊动特性的影响,利用声学多普勒流速仪(ADV)测量了矩形断面明渠中在修建桩群前后不同断面不同垂线、不同测点的三向流速,计算出水质点的三维无量纲化的紊动强度,并分析其分布规律和变化特征.试验表明:水流的横向紊动强度和纵向紊动强度具有相似的分布规律;纵向紊动强度远远大于横向和垂向紊动强度;桩群使水流垂向紊动强度变化幅度最大,该试验研究可为桩群对水流结构的影响分析提供参考.     

二滩水库水温结构及其影响因素研究

采用三维水温模型，对二滩水库水温结构进行数值模拟，模拟了二滩水库水温结构特征，发现二滩水库水温垂向分布呈现单温跃层和双温跃层两种型式。研究了水库水温结构变化的影响因素，表明影响二滩水库水温结构的因素主要有气象要素、库区来水流量和水体温度、水库出流位置及流量大小等。夏季二滩水库随着上游来水水温的增大，水库水温相应增加，但在温度异重流和紊流扩散的双重作用下，仅是水库中层均温层水体温度同步增加。随着二滩水库大坝出水位置的改变，库区流态发生变化，随着出水口位置的下移，水库来水和出流形成的纵向水流随之向库底下潜，水库中层均温层垂向厚度增加，对库底水温的干扰增强。     

明渠近壁区水流的紊动特性分析

根据ADV采集的试验水槽中的三维流速,运用紊流统计理论,从流速概率分布、紊动强度、雷诺应力和紊动动能概率分布方面,对明渠近壁区水流的紊动特性进行了分析。可得:在近壁区,横向、纵向分流速及合成瞬时流速的概率分布与正态分布相似,而垂向上则偏差较大;横向的紊动强度和雷诺应力的分布形式与纵向相似,值略小,垂向趋于一个常数;利用试验数据统计得到的紊动动能概率分布与同性均匀湍流条件下理论推导的概率分布进行了对比,说明三维流场结构下,紊动动能的概率分布更符合卡方分布。进一步根据紊流的三维紊动特性,指出应该根据水流涡团运动在方向和大小上的瞬变性,从三维方向上考虑泥沙起动时的受力。     

干湿交替对河岸带环境效应的影响机制研究进展

从干湿交替对河岸带土壤物理特性、微生物活性及酶活性、植物生长及分布、氮磷迁移转化过程的影响4个方面阐述了干湿交替对河岸带环境效应的影响,认为有必要从微观机理、各影响因素的耦合机制以及数学模拟等方面进一步深入探讨河岸带环境效应对干湿交替的响应。     

垂向一维水温模型在东江水库中的应用研究

针对现有垂向一维水温模型研究中缺少对模型关键参数和边界条件敏感性的系统分析,以东江水库为例,开展了垂向一维模型在湖泊型水库水温模拟中的适用性研究。研究结果表明:东江水库库区斜温层变化主要受气象条件控制,年内下泄水温过程稳定,模型能够较好模拟出垂向水温结构演变及下泄水温过程特征,与实测结果吻合良好;表层水温计算对水气热通量参数较为敏感,垂向扩散系数是影响垂向水温结构模拟的关键参数;同时,不同精度系列的气象过程不改变水库的整体热量收支,对水温结构基本无影响。     

刚性淹没球冠状植被水流特性试验研究

本文将植被体型概化为由球状树冠和主干组成的树状植被,采用Micro ADV测量了树状植被影响下明渠水流的流速分布,分析了不同流量和水深条件下4组树状植被对明渠水流的影响,着重研究了树状刚性植被水流的平均流动和紊动结构,比较了多个典型位置处水流的纵向流速、垂向流速以及紊动强度。试验结果表明,水深越小,无量纲纵向流速越大;树冠的形状对水流特性的影响较大,在树状植被附近,纵向流速的垂向分布在树干层近似均匀分布,在树冠层先减小后增大,在无植被层符合对数分布;紊动强度在树冠层较大,在树干层和无植被层较小;通过象限分析,发现下扫作用主要在植被层起主导作用,喷射作用主要在自由水层占主导。     

连续弯曲河道点源污染物输运特性三维数值模拟

为研究连续弯道水流中污染物的输运过程，参考连续弯道水流标量示踪试验，构建了水动力-污染物耦合三维大涡模拟数值模型，分析了点源污染物不同横向和垂向释放位置对下游河道污染物浓度分布特性的影响。结果表明：连续弯道内的纵向流速、涡量与紊动能大小存在关联且二次环流对污染物的输运及混合起主导作用；点源在连续弯道进口的横向和垂向布设位置将显著影响污染物的混合速率和空间分布范围；当点源在横向上布置于弯道进口中心和中心偏凸岸处，或在垂向上布置于弯道进口底床或水深中间处，下游污染物的混合速率最大，且影响范围更广；近场的污染物混合速率和影响范围呈正相关关系；连续弯曲河道中，点源位置的差异对污染物混合的影响主要体现在单个周期的弯道内。     

矩形槽中矩形边墩周围流速分布试验研究

利用声学多普勒流速仪,对矩形断面明渠中矩形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速3个方向分量进行了研究.通过对边墩周围不同垂直及水平面流速的分析表明:受柱体的影响,柱体上游行进水流与壁面产生分离,并有涡旋产生;柱体下游纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略不计.     

潮流紊动特性试验研究

开展潮流的紊动特性研究,对于了解潮汐水域泥沙及污染物输运机理、保护生态环境具有重要意义。本文通过水槽试验系统全面地研究了潮位正弦变化的往复流紊动特性随潮变化规律,以100 Hz的高采样频率连续采集主流区测点三维瞬时流速,根据移动平均法及最小二乘原理计算时均流速过程曲线,据此分析了紊动强度及雷诺切应力随潮变化规律、特征潮时概率密度分布与正态分布的差异,以及脉动流速的紊动能谱。研究结果表明,水流纵向流速随潮近似于正弦规律变化;纵向、横向与垂向的相对紊动强度在转潮阶段出现峰值;涨急与落急时段,与纵向脉动流速相关的雷诺切应力相对较大,纵向与垂向脉动流速概率密度分布偏离正态分布;特征潮时的脉动能谱密度均随频率增大而减小,水流能量主要集中在10 Hz以内。     

河流潜流带氮素迁移转化数值模拟研究进展

系统归纳了描述潜流带氮素迁移转化行为的水动力、溶质运移、微生物生长数学模型及其耦合关系,分析了耦合模型的主要参数及其影响因素,探讨了试验数据获取、过程耦合关系建立、模型参数识别对数值模拟不确定性的影响。针对现有研究的不足,提出了未来应加强潜流带原生环境监测、热传输过程与其他过程耦合、多维度多过程耦合模型优化计算等方面的研究。     

基于正交试验法的河岸带水热耦合模型敏感参数识别

为了研究河岸带水热耦合模型参数对温度及侧向潜流交换速率有限元计算结果的影响,基于正交试验法,对影响河岸带温度T和侧向潜流交换速率|v_x|的水热耦合模型进行敏感参数识别。结果表明：孔隙率n对河岸带水热耦合模型温度输出结果的影响最大;对于侧向潜流交换速率,水力传导率k_s的影响最大,而其他参数的影响均较小。因此,在进行河岸带水热耦合模型参数反演或校正时,应将模型中的孔隙率和水力传导率作为重点参数,而敏感程度低的参数可通过工程类比的方法进行确定,这样既可以保证计算精度,又可以提高计算效率。     

外区相干结构动态特性的研究

本文通过对光滑边壁、沙粒加糙和沙波渠床条件下的水流结构的观测,发现边壁对水流结构的直接影响,可达 y~+≈100,并得出了湍流边界外区的相干结构,虽然存在横向涡、纵向涡和垂向涡,但主要表现为大尺度横向涡的形成、发展和衰变过程.通过试验,测出了横向涡的形成、维持、衰变各阶段的距离和出现的周期特性.最后从理论上分析了影响横向涡发展的因素,并得出了横向涡的长度和输运过程的预测计算式.     

波浪作用下污染物的混合和离散

本文建立了基于Sigma坐标的对流扩散数学模型，提出了通过数值模拟结果计算波浪场中纵向离散系数的方法，并通过数值模拟对波浪作用下污染物的混合和离散进行了研究。文中研究了水质点垂向振动和波浪参数对混合过程和纵向离散系数的影响；非各向同性扩散系数对纵向离散系数的影响；以及扩散系数的垂向分布对纵向离散系数的影响。研究结果表明，水质点的垂向速度对纵向离散系数有显著影响；若按波浪场中常用的湍流模型确定湍动扩散系数的分布规律，扩散系数的垂向分布对纵向离散系数的影响并不明显。     

水库运行对下游河岸潜流带水位-温度影响研究

选取浙江省新安江大坝下游尾水至富春江水库某一河段作为试验场地,实时监测同一河流剖面的河道水位、温度以及河岸水位与温度分布。通过分析侧向潜流交换流量,定量描述侧向潜流交换的空间非均质性和动态特征,刻画河岸潜流带与河道水体水位、温度之间的响应关系。结果表明:本次试验剖面上的侧向潜流交换流量变化范围为-8.36~3.87 m2/s,监测时间段内单位长度上的潜流交换量可达2.49 m2;河岸带侧向潜流区同一剖面不同观测井处的潜流流量呈线性相关,且离河道越远,潜流区水位波动振幅消减越多,响应越滞后,潜流交换流量越小;受水库下泄水流影响,河道水温日波幅很小,河岸含水层具有显著的垂向温度分层。在垂直方向上,冬季浅层河岸温度较低,深层河岸温度较高,夏季则相反,同时浅层温度梯度较大,尤以地面以下0.8~1.7 m范围内温度梯度最大,深层温度梯度小;在水平方向上,离河道越远,受河道入渗水影响越小,温度越高。揭示了水库运行对下游河岸潜流带的影响规律,为河流潜流带生态影响评估提供参考。     

植被作用下的复式河槽漫滩水流紊动特性

分别选取塑料吸管、鸭毛和塑料大草模拟乔木、灌木和野草，通过水槽试验，探讨了不同滩地植物作用下的浸滩水流紊动特性。试验结果表明，纵向、横向和垂向三个方向的脉动流速基本满足正态分布；时均流速与采样时间的长短有关；横向动量交换比垂向动量交换大，横向动量基本上是主槽向滩地传递；不同的滩地植物对水流的紊动强度的影响不同。滩地种植植物后，水流的紊动强度增强。纵向和垂向的紊动强度相当，都服从S型分布。     

基于改进箱体模型的赤潮水动力学模拟研究

针对甲藻能够主动垂向移动的特点,将传统一维箱体模型修正成7层垂向结构,增加拉格朗日粒子在不同层之间的质量交换模拟甲藻的垂向移动,使用欧拉方法模拟水体中其余环境变量的变化,研究赤潮发生期间甲藻的垂向移动和水体中溶解氧浓度变化之间的关系。以香港吉奥湾为例,对2001年多纹膝沟甲藻赤潮进行了模拟分析;以叶绿素a和溶解氧两个指标对模型进行验证。结果表明:叶绿素a和溶解氧的垂向浓度分布的模拟值和实测值基本符合;赤潮期间甲藻发生明显的垂向迁移,其呼吸、生长速率有所增加,水体中溶解氧浓度迅速下降。对传统箱体模型的垂向分层有助于了解赤潮期间水体垂向上微生物和溶解氧分布的差异,为进一步研究赤潮发生机制提供了参考依据。     

河流潜流带中胶体迁移的研究进展

分析潜流带中形成胶体的物理、化学机理,以及胶体在潜流带中泵吸交换、冲淤交换、沉降、过滤和截留的各种迁移机理。阐述影响胶体在潜流带中迁移的因素、胶体对污染物在河流中迁移的影响以及胶体对潜流带生态环境的影响,并给出了胶体在河流中迁移的定量模型。最后对胶体在潜流带中的迁移研究现存的主要问题及未来研究方向提出了看法。     

矩形水槽中梯形边墩周围流速分布的试验研究

该文利用声学多普勒流速仪ADV,对矩形水槽中梯形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速三个方向分量进行了研究.通过对柱体周围不同垂直面和水平面流速的分析,得出水流由于受到边墩的影响,在柱体上游,行近水流与壁面产生分离,并有涡旋产生.在柱体下游,纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略.     

鹅颈型管道三维水流结构研究

本文通过试验测量了鹅颈型管道水流的三维流速分布（不同层面和断面的纵向、垂向及横向流速分布）与断面压力分布，剖析了鹅颈型管道的三维水流结构，提示出鹅颈型管道边界分离的特点及二次流（弯曲二次流及非圆形断面二次流）的形成机理，提出了鹅颈型管道固有的水流型态，水力特性及概念。     

基于河道水沙要素的辽宁省砂石资源量计算探讨

基于河道水沙要素的砂石资源量计算方法,对辽宁省典型多沙河流的砂石资源量进行计算,并创新提出“时间、横向、纵向、垂向”四维耦合的河道采砂规划格局。研究成果对于河道采砂规划具有重要的参考价值。