连续弯道演变机理研究综述

连续弯道水流运动是一种复杂的水流运动,是河流动力学研究的基础.从连续弯道水流的基本特性出发,分别从试验研究、数值模拟和理论分析的角度介绍了国内外在连续弯道演变研究方面的新方法、新技术和新成果,并对这些研究成果进行了整体评述,提出了连续弯道演变机理研究的薄弱环节和发展趋势,并给出解决上述问题的方法和思路.     

一岸骤然展宽河段的淤积机理及估算

本文通过试验研究和理论分析,对一侧骤然横向展宽河段的水沙运动规律、回流淤积机理、淤积分布等方面都得到了一些规律性认识、试验表明,在展宽段上存在着两种不同的水流现象:一为逐渐扩散的水流,一为回流.可将其划分为回流和行径流两个区域.每个区域内泥沙各自遵循着不同的运动规律,具有不同的淤积机理和淤积分布.通过模型试验,确定了影响回流范围的主要因素,得到了回流长度及行径流与回流之间交界面的位置的表达式.基于扩散理论和试验资料进一步导出了回流淤积率公式,提出了一个适用于该边界条件下的淤积计算模型,并用试验资料进行了验证.     

数码摄像成图在水电施工地质中的应用

将数码摄像成图技术应用于施工地质 ,是对传统的人工素描图的一场革命 它通过数码高科技真实地记录了工程区 (特别是隐蔽工程 )基础开挖的现状 ,使人们在今后直观、定量地对其进行构造要素的分析成为可能     

山洪携带泥沙引发的山区大比降河流水深变化规律研究

山洪常常携带大量泥沙进入山区河道,运动的泥沙从水流中吸收能量,增大了水流阻力从而使水位额外升高.本文通过大比降水槽试验模拟该现象,试验结果表明泥沙进入河流后因颗粒间的碰撞、运动吸收能量导致阻力增大,水深增加;水深受携带泥沙粒径、输沙率、床面形态、底坡与水流的影响.最后分析以上的各因素对水流阻力的变化规律,推导出泥沙进入河道情况下山区大比降河流水深的变化,建立起水流挟沙后水深变化的经验表达式.     

葛洲坝大江电厂排沙孔进水口底槛磨损成因分析

针对葛洲坝大江电厂排沙孔进水口检修门槽底槛磨损问题,采用水下摄像方法,记录了发电运行时机组进水口流态和排沙孔进水口门砾石运动轨迹。根据观测得到水流特性以及砾石运动规律,分析了底槛磨损影响因素,提出了避免磨损的基本措施。     

弯道河段水流流态试验研究

研究采用声学多普勒流速仪对弯道河段水流特性进行了系统的试验研究,全面地分析了水流的三维时均流速及流场等.水流进入弯道后,水面形态和水流结构沿流程逐渐发生调整和变化,形成弯道特有的水流运动规律,具体表现在水面横比降、横向环流、流速重分布及紊动强度等.该研究可为相关的理论研究和工程实践提供借鉴和理论依据.     

泥沙颗粒的扬动机理分析

本文从分析床面附近泥沙颗粒的运动特征出发，较细致地论述了沙粒在水流中从推移运动到扬起悬浮的物理过程，根据水槽试验的基本现象，讨论了过去一些理论中存在的问题和不足，概括了泥沙颗粒在水流中从床面扬起的基本模式，从二相流角度出发，分析了沙粒在水流中扬起的动力学机理。     

荆江河道水流运动特性研究

利用长江防洪实体模型,全面系统地对荆江不同流量条件下的各水力要素进行测量,并结合三峡水库蓄水以来的水沙、地形资料,分析了荆江河段水流运动的基本规律和近期变化的特点,在此基础上对荆江不同河道整治方案进行了研究,并针对不同河型提出了具体的河势控制措施。研究成果表明 : 通过试验分析较详细地掌握了荆江水面纵比降、断面宽深比、流速分布及水流动力轴线变化等水力要素变化的特点,揭示了荆江河段水流运动规律,并为河道（航道）整治工程提供了科学依据。     

明渠自掺气水流气泡形成过程的试验研究

采用高速摄像技术对陡槽内自掺气水流进行了观测,拍摄到了掺气起始区气泡在水流内部形成的完整过程,对气泡形成的过程进行了概化分析。水面附近涡体运动产生的脉动压强和水面相互作用,导致水面发生上凸下凹的变形。当这种变形达到一定程度后,受顺水流向或横向脉动压力、横向切应力的作用,深入水体凹坑的边壁在某一部位闭合,下部包裹空气形成气泡而发生自掺气。随着紊动强度进一步增大,水面变形加剧,表现为高高跃出水面的柱状突起和水滴,这些水柱的倾倒、聚并也会造成空气进入水中形成气泡。明渠水流自掺气是水体内部紊动与水面相互作用的结果。     

弯道分流时支汊河段水流流态研究

以水槽试验为基础,对弯道分流时支汊河段水流现象进行了定性描述.采用三维声学多普勒流速仪对支汊河段水流特性进行了系统的试验研究,较为全面地分析了在主汊弯道的横向水流和水流惯性作用下,支汊河段水流的三维时均流速及流场、水面形态和纵向紊动强度等.结果表明:支汊河段流场存在分离区、回流区.为相的理论研究和工程实践提供借鉴和理论依据.     

丹巴水电站弯道截流龙口局部水流水力特性分析

丹巴水电站弯道中截流,受弯道影响龙口上游堤头束窄断面及龙口断面处水流运动较为复杂,对弯道中截流龙口局部水流的水力特性进行分析,有助于了解复杂的水流流态并选择合适的截流方案。以施工水力学为基础,建立弯道截流龙口上游堤头束窄断面及龙口断面处水流水力特性的计算模型,研究了局部断面处水流的运动规律,通过单因素分析法,分析了弯道形态对局部断面水流变化的影响。分析结果表明弯道截流龙口上游堤头束窄处承担较大落差,形成双龙口截流;弯道弯曲程度越大,双龙口效应现象越显著。最后结合物理模型试验实测数据进行分析比较,验证了计算模型的可行性和分析结果的适用性。     

论水流运动的不确定性

所有的自然现象都具有不确定性,水流运动也不例外,皆源于其遵循的非线性。非恒定流问题的解对初边值条件的敏感依赖性、恒定流问题的多解性便构成了水流运动的不确定性。非恒定流是绝对的,恒定流是相对的;水流运动初边值条件的变化是不可避免的;度量误差不可能完全消除;恒定流也存在着局部非恒定性;恒定流解的性质与误差水平有关;误差水平不同,恒定流解的个数甚至解的唯一性会发生变化;实际水流运动是恒定与非恒定、确定与不确定不同程度的有机综合体;现有理论分析、物理试验和数值试验、原型观测等均显现了水流运动不确定性的存在,大数据研究方法也不能例外;有必要对水流运动不确定性理论进行明晰、深入和完善,并以此为指导进行研究,为实际工程决策提供科学依据。     

删减对流项方法模拟跨临界水流

介绍一种能够处理明渠水流跨临界问题的数值计算方法——删减对流项方法。通过求解圣维南方程组特征方程理论分析了该方法在模拟明渠跨临界水流的可行性,并通过矩形断面明渠内恒定跨临界水流的数值模拟试验,研究分析删减系数计算公式中的参数取值对模拟结果的影响。研究结果表明,采用该方法模拟明渠跨临界水流在理论和实践上均是可行的,并能较准确地捕捉水力间断位置,参数选择应综合考虑水跃突变过程和跃前水面线的模拟准确性。     

均匀切变水流对黏性细颗粒泥沙絮凝的影响研究

黏性细颗粒泥沙的絮凝是河流动力学中一个重要且尚未完善的研究课题。本文以分形聚集生长理论为基础,考虑了絮团破碎、泥沙浓度等因素的影响,使用三维无网格方法,在MATLAB平台上通过模拟泥沙颗粒和絮团在布朗运动、重力沉降和均匀切变水流作用下的碰撞黏结过程,研究了水流剪切作用对黏性细颗粒泥沙絮凝的影响。研究结果表明：水流作用可提高颗粒之间的碰撞几率,促进絮凝,但高水流剪切力作用下絮团破碎现象明显,因此,水流速度梯度的大小对细颗粒泥沙的絮凝有一定的影响,即絮凝速度及絮团平均粒径随水流流速梯度的增大呈先增后减的规律;均匀切变水流作用下,絮团粒径分布均匀化,絮团在垂直水流方向上发育较好且分形维数较大。本文研究成果是进一步研究天然河道中黏性细颗粒泥沙絮凝机理的成功尝试。     

斗槽中异重流现象分析

在斗槽式预沉池中,异重流现象对泥沙冲淤效果的 影响很大,为使安装斗槽式预沉池达到预期的处理效果,必须很好地了解水流中异重流运动 的有关特性。通过斗槽模型试验,对异重流中水流流速分布、清水分离速度等规律及极限粒 径与泥沙含量的关系进行了试验研究,为较好地解决异重流中泥沙淤积及实际斗槽运行效果 问题提供了重要的试验依据。     

应用PTV粒子追踪测速技术的鱼卵运动试验研究

鱼卵运动研究是了解自然河流中鱼卵漂流散布规律的力学基础,对鱼类早期资源估算、产卵场位置推算和鱼类栖息地修复等具有重要意义。本文应用PTV粒子追踪测速技术,通过20组不同水深、不同流速工况的水槽试验和200组鱼卵粒子群(直径为4 mm,比重为1.01)运动视频的图像处理,并结合理论推导解析鱼卵运动方程,系统分析了恒定均匀流条件下的鱼卵运动特性、主要影响因素及其作用机理。结果表明,鱼卵运动的主要影响因素为水流速度、鱼卵比重、鱼卵粒径和鱼卵初始速度。鱼卵纵向速度随水流纵向速度线性增大,其试验拟合结果为水流纵向速度的0.73倍;鱼卵垂向速度(沉速)主要受鱼卵比重和粒径的影响,与水流纵向速度无直接显著关系;鱼卵运动轨迹在小流速情况下近似线性下降,且轨迹斜率随流速增大而趋缓;当流速增大到0.93 m/s,鱼卵轨迹受水流紊动效应影响转变为伴随着个别鱼卵猝发跃移的波浪翻滚式下沉;水深对鱼卵运动速度和运动轨迹的影响相对微弱;鱼卵初始速度对其运动的影响仅在初始极为短暂的时间内。     

崖门口航道挖槽水力学概化模型试验

在分析崖门口航道水文、地形特征的基础上，根据河口挖槽的特点进行概化模型设计。依据试验资料，通过对挖槽水流影响因素的因次分析，提出挖槽后轴线处的流速计算式。此外，对槽内水流偏角作了初步探讨，对不同的挖槽方式进行了对比试验。     

弯曲河段船闸口门区通航水流条件探讨

船闸口门区通航水流条件中的横向流速指标是衡量船舶能否安全进出引航道口门区的主要标准之一。通过对位于弯曲河段的水利水电枢纽工程资料的收集分析,发现存在口门区局部区域流速测点横向流速超过规范限值,但船模航行参数符合要求的现象。针对这一问题,以大源渡航电枢纽二线船闸口门区通航水流条件模型试验和船模航行试验为基础,研究弯曲河段口门区船舶航行的特点,分析2种试验结果的差异,提出了在衡量弯曲河段船闸口门区通航水流条件时应考虑船舶航行存在艏向角的因素,以及船舶的有效横向流速应与规范中的限值进行比较的建议。     

基于随机水流网络的土壤水非均匀运动数值模拟

用显色示踪方法通过试验研究了黏土的非均匀流动模式,建立了离散网络模型,根据土体的统计特征描述相互作用的大孔隙和流动通道,构建水流运动的网络系统与小孔隙连续介质的耦合模型。用控制体积有限元法求解两区土壤水分运动的基本方程,采用整体法将土壤基质水流运动方程和不规则水流网络区水流运动方程耦合,解决了网络通道交叉引起的水流相互影响的问题,提高了计算效率。模拟与实验结果对比表明,离散网格模型及方法较好地描述出了优先流运动的特点,比等效连续体模型更为有效的刻画了土壤水流非均性规律。     

旋转水流中固体颗粒受差异旋转惯性力的试验

通过对不同转速下旋转圆桶水流中固体颗粒运动进行试验,利用高速摄像机捕捉试验中固体颗粒的运动轨迹,研究固体颗粒在旋转流中二维受力情况,并对其径向向心运动现象的普遍性和规律性进行了初步验证。研究表明,在低速转动圆桶水流中固体颗粒运动所受差异旋转惯性力与阻力所占比例远大于固体颗粒所受离心力和虚假质量力所占的比例。