雨水口箅子的孔口流量系数试验研究

孔口流量系数大小对雨水口箅子的泄流能力具有重要影响。对等格条间距和等格条厚度的矩形断面横条箅子和圆形断面横格条箅子的孔口流量系数进行了试验研究,结果表明雨水口箅宽方向截留纵坡向来水时,随来水量增大,矩形断面格条箅子的流量系数呈略减小趋势,其流量系数比圆形断面格条箅子稳定;雨水口泄流箅上深度积水时,矩形断面格条箅子的流量系数明显小于圆形断面格条箅子。该结果可对雨水口箅子的选用和雨水口的设计计算具有重要参考意义。更多还原     

浙江省标雨水口泄流实验研究

以浙江省常用的浙江省标准型偏沟式雨水口为实验研究对象,搭建了1∶1的水泥模拟路面,以路面总径流量和路面横坡、纵坡为实验变量进行了63组不同工况的实验内容。测量了雨水口上游的径流宽度和深度,分析雨水口上游径流流态。从雨水口泄水量和泄流效率两个方面分析了浙江省标准型雨水口的泄水能力,以复核2001浙S10中定义的浙江省标型雨水口的泄水能力值。将实验数据与孔口出流理论相结合,验证孔口出流理论在偏沟式雨水口泄流上的适用性,发现在横坡和纵坡变化范围不大时,孔口出流理论在预测泄流效率上有较好的应用性。     

道路坡度对路面排水的影响研究

采用美国联邦公路管理局提出的偏沟和雨水口流量计算方法,经计算发现我国《雨水口》(16S518)标准图集中雨水口泄水能力推荐值有不合理之处。通过分析国内外道路坡度和雨水口布置的相关要求,结合案例计算,总结了道路横坡、纵坡、箅前水深和雨水口布置间距之间的变化关系,并提出道路设计漫幅的推荐值。通过调整道路设计坡度,将道路路面转变为兼具收集和输送路面雨水功能的路面行泄通道,并利用曼宁公式计算了路面行泄通道的排水能力。     

南方平原河网区城市内涝的全过程监测与特征分析

南方平原河网区中普遍存在由堤防、闸坝以及泵站形成的高度城镇化圩区,圩区内受降雨过程和泵站启闭影响的城市内涝特征和模拟方法仍有待探索。本文以常州市城市产汇流与内涝实验基地为对象进行了降雨、管道及河道水位流量等全过程长期监测,并通过布设水位计和视频监控设备进行城市内涝积水深度和范围自动监测。监测数据表明圩区内管网和河道流动性很差,管网长期处于淹没状态,监测期间管道水深有75%时间大于0.76 m;在检查井未发生溢流冒水现象时,仍然会发生内涝积水且主要集中在雨篦子周围道路低洼处,其深度和范围主要受到降雨过程、地形、雨篦子收水能力和泵站启闭的影响;开启泵站在增大管网排水能力的同时也在一定程度上削减了内涝积水范围。因此,根据降雨预报与内涝积水实时监测信息及时调控圩区水位可以有效缓解内涝积水情况,在模拟城市内涝时也不应忽略雨篦子收水能力和泵站启闭对内涝过程的影响;本研究可为构建城市内涝全过程在线监测平台提供参考,也能为城市内涝过程的概化模拟方法提供依据。     

基于SWMM的南昌青山湖片区内涝积水模拟

对江西省南昌市青山湖区的排水管网、道路和河道水系等进行了概化,采用SWMM软件对重现期为1,2,5,10 a一遇和50 a一遇的暴雨排水情形进行了模拟,得到了积水深度、积水面积和积水时间等因素,在衡量内涝积水严重程度时需综合考虑。结果表明,排水管网淹没出流时的顶托作用是导致内涝积水的重要原因。对于该区域,城市排水管网半淹没出流和自由出流对排水能力影响不大,但淹没出流导致管网排水能力急剧下降。     

现状道路下空间集约型排水系统设计

针对现状道路下排水管网存在的雨污合流、排水能力不足问题,需对现状排水系统进行改造设计.由于现状道路地下空间已利用率较高、可利用空间有限,现状管线种类较多且改移困难,新建排水管线难度较大.对此,通过论述新建雨水口一体沟、雨污同线等方式减少占地,解决新建管线管位难以落实问题,实现节约地下空间,减少现状管线拆改量.     

城市道路横截沟泄流效率试验研究

横截沟常设置于停车场入口、城市下穿隧道、机场停机坪等无适宜横坡或纵坡坡度过大的场所对道路径流进行截流,其泄流效率决定了降雨期间地下管网系统的泄流量,提高横截沟泄流效率对预防城市内涝的发生具有重要意义。利用长12 m、宽3 m、高0.5 m的试验平台,研究了在不同的入流径流量和纵坡坡度组合下8种横截沟雨水篦子对径流的截流情况,重点分析了上游水流水力参数及横截沟雨水篦子几何参数对泄流效率的影响。试验结果表明:不同篦子泄流效率与径流弗劳德数间的关系不一致;增大篦子开孔长度对提高泄流效率比增大开孔面积更有效;在篦子面积、开孔率、开孔面积相同时,开孔交错分布的圆形开孔篦子比开孔对称分布的矩形开孔篦子更有利于泄流。在曼宁公式及孔口出流公式的基础上提出了计算试验篦子泄流效率的经验公式,预测值与试验值之间的相对误差小于15%。     

城市道路降雨积水深度变化规律模拟研究

伴随着城市现代化进程,城市内涝问题日益突出,我国大部分城市都发生过城市内涝。而专家学者和民众对内涝的认识却存在一定的偏差,很多人没有认识到内涝是由降雨积水发展到一定程度而产生的,把积水和内涝等同。本文基于InfoWorks ICM软件构建了城市道路降雨径流模型,模拟了不同坡度以及不同重现期降雨情况下的道路积水发展过程,阐明了地面积水深度的变化规律和积水与内涝的关系。可帮助人们对于积水内涝过程的理解,也有利于有关部门进行内涝防治工作。     

基于微观交通仿真的城市内涝对道路交通的影响评估研究进展

在城市洪涝灾害频发和内涝下交通问题突出的背景下，针对城市内涝对道路交通的影响评估问题，梳理了国内外研究成果，对城市内涝模拟原理以及常用的城市雨洪模型的特点进行了分析，总结归纳了城市内涝对道路交通的影响评估方法，论述了微观交通仿真模型的构建和应用，提出了城市内涝对道路交通影响评估可优化的方向。指出在现有软件缺失和条件有限的情况下，基于积水深度与行车速度的关系式将城市雨洪模型和微观交通仿真模型进行集成，用于分析内涝下交通问题是较为有效的手段；城市内涝对道路交通的影响十分显著，通常反映在道路(损失、性能和结构)、交通工具(行驶速度和安全性)和驾驶员(心理和生理变化)3方面，以及道路-交通工具-驾驶员的综合影响。     

无资料城区管网排水过程概化模拟研究

许多城市地区都没有可用的排水管网数据,从而降低了城市雨洪模拟的准确性,因此需要一种新的方法来表征管网的排水能力。提出了雨水井等效排水法(RIA)和仅在道路上等效排水法(CIR)两种表征管网排水能力的方法,采用高效高分辨率的城市雨洪模型,以西咸新区为研究区域,模拟了城市内涝积水过程,并与实测数据进行了对比。通过实际降雨与设计降雨条件下的内涝结果发现,较原有的模拟方法,该方法可以精准的表征管网排水能力,提高模型的准确性。     

基于InVEST模型的赤水河流域生态系统服务功能评估研究

通过开展流域生态系统服务功能评估,分析生态系统服务功能时空动态演变趋势,能够快速识别流域整体健康水平和退化程度,为流域生态系统保护提供决策依据。本研究采用ArcGIS和Fragstats软件分析了赤水河流域1980—2015年6期土地利用的时空动态变化和景观格局特征,采用InVEST模型综合评估了赤水河流域的水源供给、土壤保持、碳存储和生境质量等生态系统服务功能,并分析了35年间流域生态系统服务功能的时空分异特征。研究结果表明:赤水河流域1980—2015年土地利用未发生显著变化,保持了相对天然的生态系统状况。流域产水量近年来略微增加,中下游是主要的产水区。流域整体土壤侵蚀状况为微度侵蚀,轻度侵蚀面积近年来略微增加。赤水河流域为碳源区,流域碳储量呈降低趋势。流域生境质量指数平均值约为0.78,生境质量整体呈改善趋势。研究可为赤水河流域的生态环境保护提供参考。     

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。     

设调压室水电站输水发电系统耦合振荡特性研究

设调压室水电站输水发电系统是复杂的水机电耦合系统,目前对耦合系统的振荡特性以及各个子系统间的耦合作用关系尚不明晰。本文首先将整个水电站系统分为“引水隧洞-调压室”子系统和“压力管道-机组”子系统,针对“压力管道-机组”子系统的稳定性提出了耦合振荡域的概念并推导了其解析公式,然后结合特征值分析法和数值模拟揭示了耦合系统的振荡特性,最后运用频域分析法探究了两个子系统间的幅频特性及相互作用关系,提出了衡量系统耦合振荡稳定性的定量指标。结果表明：当调速器参数在耦合振荡域外取值时,水电站系统恒不稳定,因此调速器参数在耦合振荡域内取值是整个水电站系统稳定的必要条件。当调速器参数在耦合振荡域内取值时,耦合系统的稳定性由低频振荡模式决定,将系统低频振荡模式的频率代入到两个子系统的幅频特性函数之积中,可以得到振荡叠加率,该值反映了系统扰动在闭环系统中增益值,具有明确的物理意义,当振荡叠加率小于1时,受扰系统趋于稳定。研究成果不仅丰富了水力过渡过程理论体系,对提高水电站运行稳定性也具有较好的工程应用价值。     

基于量热法的水电机组发电机效率试验研究

在水电工程现场,发电机效率试验受到现场安装条件的限制和测试时间的要求,很难有效和及时的开展,针对这种现状,本文简要介绍了基于量热法的发电机效率测试原理,再结合发电机效率试验中关键技术难点,如冷却管路的改造如何满足流量测量的要求、分项损耗的计算与总体损耗的校核与验证,以及试验过程和时间的组织计划等问题,提出了优化和解决方案,最后通过在西非科特迪瓦苏布雷电站的测试实施,证明优化设计方法具有良好的操作性和有效性,可为其他海外水电工程的发电机效率测试提供实施参考和技术依据。     

基于Hydrus-1D模型的LID措施雨水径流控制效应研究

为探究LID措施在不同工况下的雨水径流控制效应,选取生物滞留池、下凹式绿地及透水铺装为研究对象,构建Hydrus-1D模型来模拟分析其雨水径流控制效应。结果表明：生物滞留池的径流量削减率与汇水面积比和蓄水层厚度为正线性相关关系,与种植土厚度(20～40 cm)为负线性相关关系;下凹式绿地的径流量削减率与汇水面积比、雨水口高度和种植土厚度为正线性相关关系;透水铺装的径流量削减率与降雨历时和透水砖渗透系数为正相关关系,与雨峰系数为负相关关系。建议生物滞留池的蓄水层厚度取值为30 cm、种植土厚度取值为30 cm;建议下凹式绿地的汇水面积比不小于15%、雨水口高度取值为10 cm、种植土厚度取值为30 cm;当透水砖渗透系数大于0.291 cm/min时,透水铺装产生的雨水径流较少。     

基于模态分解和云粒子网络的大坝基岩地震动输入研究

在大坝抗震安全评价中基岩地震动输入多采用实测数据或人工生成等方式,而当坝址仪器损坏或历史震害资料不足时,确定基岩地震动就变得尤为困难。本文提出对大坝基岩地震动进行反演的研究思路,并开发了基于经验模态分解和云粒子网络的分解—训练—反演混合模型,在不依赖场地历史震害资料的情况下,仅用少量周边测站数据即可确定大坝的基岩地震动。首先,选取坝址周边地表及基岩的地震动实测记录,采用经验模态分解法将地震加速度序列分解;其次,通过粒子群算法建立与神经网络连接权值的映射,采用云理论优化粒子群算法的全局寻优能力,建立反演模型,将分解后的加速度序列作为训练集进行反演训练;然后,选取与大坝处于相似地质情况的地表实测地震动信息,结合反演模型对大坝基岩输入地震动进行反演;最后,以紫坪铺大坝为研究实例,通过对比传统输入方法,验证该模型的适用性。结果表明：本文所提的混合模型综合性能稳定,能较好地反演地震加速度序列,模型决定系数均大于0.9,平均绝对百分比误差均在11%左右;采用本文反演得到的基岩地震动进行计算,较已有研究成果计算误差降低0.79%~17.28%,与工程实际动力响应更为吻合。本文方法可为解决大坝基岩输入地震动的获取提供一条新途径。     

垂直梯形闸门自由出流水力特性试验研究

垂直梯形闸门是一种新型平板闸门,与常规矩形闸门相比,因其不需修建闸室和扭面等附属建筑物,占地小,在灌区各级梯形渠道控流和分流应用方面具有优势。梯形闸门的过流边界条件特殊,与矩形闸门过流水力特性明显不同。为明晰其水力特性,在边坡系数为1.5、1.75和2的典型梯形渠道上开展了186组模型试验,重点分析了闸门开度e、闸前水深H₀等参数对闸后流态和流量的影响,并基于试验数据研究了梯形闸门自由出流时的流量计算方法。结果表明,水流经梯形闸门左、中、右孔口流出的三股水流在闸后碰撞,水面宽收缩至最小,中轴线及其附近水深最大,横向水面轮廓呈“驼峰”状,且驼峰出现的位置和水流碰撞引起的水面波动幅度与闸门开度、闸前水深有关。当流量和闸门相对开度分别增大1倍时,驼峰距闸门的距离分别由3.6e、8.2e变化为6.0e、3.3e,驼峰高度由1.5e、3.0e变化为2.4e、1.5e,驼峰下游渠道水流趋于均匀分布所需要的距离由15.0e、33.0e变化为34.0e、17.0e。收缩水流在势能和动能相互转化作用下沿横向和纵向扩散,能量沿程耗散,水面波动减小直至与渠道水面衔接。流量系数公式相对误差平均值为2.17%,其中相对误差小于6%的数据占比为96.3%,总体精度较好。研究成果可为垂直梯形闸门的工程设计和运行管理提供参考。     

浙东运河闸坝控制工程及其技术特征研究

浙东运河是中国大运河的重要组成部分、是内河水运网络与海运联接的纽带。与大运河其他河段相比,浙东运河水系水文、控制工程有其鲜明特点。本文基于水利工程科技史的视角,对浙东运河水系构成及分段特点、浙东运河控制工程分布、闸坝工程型式与功能特征及其原因进行了系统分析,对浙东运河宁波段极具特色的闸坝功能划分特征、闸坝结合的工程型式产生及其技术特点进行了考证、分析,从中国大运河整体视角审视浙东运河水利工程遗产的特点及其科技价值。     

寒区工程离心模型试验地基表面换热特性及热边界设置方法研究

温度场的准确模拟是开展寒区工程离心模型试验的关键。目前大多数基于半导体换热装置的相关试验,忽视了热边界的参数设置,导致试验边界条件不清晰。为进一步提升试验的合理性和精确性,采用有限元CFD方法模拟了基于半导体制冷装置热交换场景的、超重力场下密闭夹层空间的换热过程;通过变换模型率、冷端初始温度、间隙间距等主要热边界条件,明晰了该场景下的换热特征及时空规律。在此基础上,结合设备特点与原型实际,提出采用空气冻结指数作为匹配原型环境温度的指标,用于反映地基表面的“冻结程度”,并指导试验中热边界条件的具体参数设置。     

基于情景模拟的闽三角城市群承洪适灾网络构建及规划响应策略

为降低洪涝灾害的风险,基于韧性承洪的理念,构建闽三角城市群承洪适灾网络体系。在明晰既有研究不足和学科需求的基础上,阐述了由自然生态适灾系统和社会适灾应急系统两个层面构成的生态-社会适灾网络理论;确立了结合机器学习的洪涝灾害情景推演、结合成本路径计算的绿色基础设施网络构建、结合空间图形分析的疏散通道网络构建、结合定性分析的适灾规划响应策略构建4项核心技术流程。从闽三角城市群生态适灾网络和社会适灾网络的视角出发,划定适灾基底与预警范围;构建基于绿色基础设施网络与疏散通道网络有机结合的“生态-社会”综合适灾网络,并围绕网络构建结果,提出基于网络优化的规划响应策略。本研究丰富了城市群尺度承洪适灾网络的理论框架和构建方法,为实现洪涝灾害韧性防控和交叉学科技术融合提供借鉴与参考。