黑垆土坡面细沟形态演变规律试验研究

为探究黒垆土坡面细沟形态变化规律,运用三维激光扫描技术和人工模拟降雨方法,以黑垆土为对象,选取60 mm/h雨强对面积为15 m~2的20°坡面进行历时均为1 h的三场模拟降雨试验,分析了黑垆土坡面细沟发育过程。结果表明:(1)前两次降雨坡面以断续细沟为主,侵蚀方式主要为溯源侵蚀,第二场降雨结束时,细沟累积长度、平均宽度、平均深度分别为38.17 m、0.19 m、0.10 m,坡面细沟总面积占试验土槽面积的19.8%;第3次降雨坡面以连续细沟为主,细沟溯源侵蚀作用减弱,细沟沟壁崩塌和沟底下切增强,细沟累积长度减少5.66%,细沟平均宽度、平均深度、总面积分别增加了26.32%、60%、24.24%。(2)细沟平均宽度、平均深度、等高线偏离度沿斜坡长呈先增后减再增的波动现象,随着降雨场次的增加,细沟形态参数在沿坡长4～6 m处的最大值出现上移。径流能量的消长对坡面细沟形态演变规律具有明显影响。(3)细沟宽度和细沟深度在前两场降雨随距细沟沟头长度的增加呈先增后减趋势,在第三场降雨呈先增后减再增的趋势。细沟深度随细沟宽度的增加而增加,在当细沟深度到达犁底层后,细沟深度增加变缓,细沟宽度增加变快。     

黄丘区坡面细沟流速分布特征试验研究

利用坡面水蚀精细模拟降雨试验,对黄丘区陡坡(20°)条件下细沟流速分布特征进行了研究。通过对细沟形态演变过程的观察与分析,同时结合试验中对细沟间及细沟内流速的观测,给出了细沟发育过程中坡面流速沿程分布以及细沟内关键位置的流速分布。结果表明,细沟间流速分布基本不受细沟发育程度的影响,而细沟内水流流速与细沟发育过程之间存在互馈关系,首先坡面漫流向集中股流的转化促使细沟发育,会导致细沟内流速的增加,但随着细沟的进一步发展,汇流面积减小,沟床形态阻力及沟底跌坎消能作用增大,细沟流速又会逐渐减小,沟床形态阻力与径流集中产生的流速增量二者间的相互对比关系影响着细沟内水流速度。     

工程堆积体坡面细沟流水力学参数特性研究

为采用水力学参数特性揭示黄土高原沟壑区工程堆积体坡面土壤侵蚀过程,开展了野外放水冲刷试验。通过组合不同流量(35、45、55L/min)、不同坡度(24°、28°、32°)的试验,对坡面沟蚀发生发展过程中的水力学参数特性进行了研究。结果表明,坡面细沟水流的平均流速与水深主要受流量控制,二者均与单宽流量呈幂函数关系,且流速随冲刷时间的持续和冲刷形态的变化呈现上下起伏—瞬时增大—稳定的波动或减小—趋于稳定的变化历程。在所有坡度和流量范围内,雷诺数Re在42.9~1 082.8之间变化,雷诺数Re随坡度的增大呈先减小后增大的抛物线趋势。由坡面流弗劳德数Fr随冲刷历时变化情况表明,坡面径流形态是由急流向缓流发展。阻力系数f在0.019~0.94之间变化,f随坡度的增加先减小后增加,且随雷诺数Re的增大而增大,二者之间呈显著的指数函数关系。粗糙系数n随雷诺数增大而增大,且其与雷诺数存在显著性的指数函数关系。研究结果可为工程堆积体土壤侵蚀预报模型的建立提供一定的参数,对解决生产建设项目弃土弃渣场、取土场等水土流失问题具有重要的作用。     

不同因素对重庆紫色土坡面细沟侵蚀产沙过程的影响研究

为揭示重庆紫色土坡面细沟形态、降雨强度和坡度对侵蚀产沙过程的影响,通过室内模拟人工降雨试验,定量分析不同降雨强度、不同坡度、细沟形态变化和不同降雨方式对细沟侵蚀产沙过程的影响,探讨细沟侵蚀强度在不同试验条件下的变化特征。结果表明：重庆紫色土坡面细沟侵蚀径流量和产沙量均随着坡度和降雨强度的增加而增加;坡面的水沙过程与细沟在形成和发育时关系密切,产沙量和侵蚀速率与细沟形态参数有显著的对数关系（r＞0.7）。研究结果可以为紫色土耕地细沟侵蚀防治提供理论支持。     

黄土坡面细沟侵蚀中的水流阻力规律研究

运用原型模拟径流冲刷实验，研究了黄土坡面侵蚀过程水流阻力的变化规律。坡度的这种作用在很大程度上是通过径流刷形成的侵蚀形态特征不同来体现的。     

自由跌流的水力特性

本文应用N—S方程式,导出了压力和连续方程的解析式,求解了水流参数的半数值半解析的精确解.其结果表明,精确的理论解和一般的势流理论解的流场计算结果相差很大.本文对前人的试验研究中提出的关于出口断面水流内部是否存在负压问题进行了探讨.本文给出的理论分析结果和实测结果吻合得较好.     

坡面细沟发生临界条件研究

本文在总结前人研究工作的基础上，通过雨后野外细沟侵蚀查资料、试验小区观测和模拟降雨试验研究结果，分析了影响坡面细沟侵蚀的降雨径流侵蚀力与土壤抗蚀性因素；对细沟发生的水流侵蚀力临界条件和浅层洞穴诱发形成细沟的情况进行了较为深入的探讨，并对细沟发生的坡度与土壤抗剪力临界条件作了初步分析。     

黄土坡面发育的细沟水动力学特征的研究

本文通过径流冲刷试验，对黄土坡面形成的细沟的水力学特征进行了试验研究。结果表明，反映细沟中径流水力几何形态的过水断面宽，平均径流深，以及平均径流速度与流量的关系指数分别为０２６，０４８和０２６。细沟阻力系数的大小与水流雷诺数密切有关，但其变化趋势受坡度的影响很大。在坡度较缓的坡面上，阻力系数随雷诺数的增大而减小。在坡度较陡的坡面上，由于水流侵蚀作用强度的变化及重力影响作用的渐趋显著，阻力系数又会随雷诺数的增大而变大。     

侵蚀细沟水力学特性及细沟侵蚀与形态特征的试验研究

本文进行了一系列水槽试验，研究不同长度的侵蚀细沟在坡度及入流量影响下的浅水水流水力学特性、侵蚀量及细沟的形态特征。所采用的土壤材料为砂壤土，试验使用四种入流流量，四种坡度，四种细沟长度。记录水流速度、沟宽及径流中的泥沙含量，并用多元回归方法分析了它们与坡度、入流量或它们的交互项之间的关系。提出了一种数学模型来描述试验中沟宽的周期性形态变化。提出了通过试验得出的不同细沟长度的产沙量来确定水流输沙能力的方法，并得出出测定输沙能力的采样长度为2～4m,通过对细沟形态变化分析进一步说明了所确定的水流输沙能力采样长度的正确性。     

黄土坡面细沟发育过程中的重力侵蚀实验研究

利用室内模拟实验的方法对典型坡度条件下黄土坡面细沟发育过程中的重力侵蚀规律进行了研究。通过对水沙测量结果的统计分析，同时结合实验中对重力侵蚀现象的观测，给出了实验条件下的临界重力侵蚀含沙量，以此为依据计算了重力侵蚀产沙量及重力侵蚀量达到总侵蚀量50%时对应的“中值时间”。结果表明，在细沟发育过程中，重力侵蚀产沙量存在着由增大到减小再到波动的变化趋势，这一趋势对坡面产沙变化具有重要的影响。重力侵蚀发生的中值时间则由小变大，反映了细沟发育的不同阶段重力侵蚀由以沟头坍塌为主向以沟壁崩塌为主的转化过程。     

上方来水来沙对细沟水流水力学参数的影响

利用供沙土槽和细沟土槽双土槽径流小区系统 ,定量分析了粘黄土陡坡地在 5 0、90和 1 30mm h降雨强度下上方来水来沙对坡下方细沟水流水力学参数变化的影响。结果表明 ,上方来水的汇入和降雨强度的增大 ,可使细沟水流流态由层流转变为紊流。上方来水来沙使细沟水流的流速、雷诺数、弗罗得数明显增大 ,而阻力系数明显减少 ,从而导致细沟侵蚀产沙量增大。定量分析了细沟水流流速、雷诺数和阻力系数与上坡来水引起坡下方净细沟侵蚀产沙量的关系 ,建立了一定条件下净细沟侵蚀产沙量与流速相对增量、雷诺数相对增量和阻力系数相对减量的数学统计模型     

溢洪道安设橡胶坝对其水力特性影响的试验研究

针对溢洪道无消能工和防洪能力不足等问题,修建橡胶坝可以提高其潜在效益。为了研究溢洪道控制段内修建橡胶坝对溢洪道水力特性的影响,结合工程实例,从溢洪道的泄流能力、水流特性以及出口消能防冲效果3个方面进行了对比分析。分析成果表明:安设橡胶坝的溢洪道泄流能力减小,但仍大于工程设计要求,可保障溢洪道安全运行;橡胶坝对溢洪道流速有较小影响,坝前流速变化幅度比坝后流速大;橡胶坝塌坝和充水2种工况下的溢洪道水面线变化趋势相近,突变点发生在坡度变化点附近和橡胶坝附近;溢洪道消能防冲能力几乎不受橡胶坝的影响。因此,有条件的溢洪道控制段内建设橡胶坝是可行的。研究成果可为类似工程的设计和中小型水库的除险加固提供参考依据。     

不同组合连接体形下旋流式竖井水力特性试验研究

通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究了不同组合连接体形下旋流式竖井的水力特性,总结出竖井涡室内的4种典形流态,其中,自由旋流流态最适合于旋流式竖井.通过进一步研究进口体形和消力井深度对流态和消能率的影响,得出折流角变化对消力井侧壁及底板压强影响不大,消力井边壁及底板均不会出现负压;流量的增加会减小消能率,折流角和...     

某拦河闸底流消能工消能防冲试验研究

通过物理模型试验,对某拦河闸底流消能工进行消能防冲试验,测试和分析不同开度下的水闸运行流态、流速分布及上下游水流衔接状况,研究成果可供工程设计参考。     

小湾水垫塘水力特性及设计优化研究

小湾拱坝坝身泄洪消能的技术难度已达世界当前最高水平，其水垫塘的优化设计亦是工程中的一大难题。本文通过承担完成国家“八五”科技攻关项目课题研究任务，在对小湾坝身泄洪消能布置方案进行水力模型试验的基础上，应用二维和三维紊流数学模型对多层和多股淹没射流水垫塘流动特性进行了数值模拟，对水垫塘三元流速场和壁面脉动压强的水力特性进行了实测研究；通过对多层射流入流方式的优化计算和实验验证，提出了“１＋１＜１”效应的新观点和最佳入流方式。用人工掺气方法，研究了掺气射流特性，得出了水流掺气可导致时均压强减小，脉动压强增大的结论。文中还讨论了小湾水垫塘采用全面混凝土衬砌的必要性，并对水垫塘底板高程、长度及体型提出了新建议。     

多股窄长射流入下游水垫塘的水力特性试验

宽尾墩、窄缝挑坎收缩式消能工应用于高拱坝表孔、深孔后,可获得多股窄长射流交错入射水垫塘,实现高拱坝坝身下泄多股水流无碰撞消能。但各股窄长水流间的间距如何影响其消能效果有待进一步研究。采用模型试验的方法在1∶400水工模型上,研究了射流水股间横向间距对水垫塘水力特性的影响。研究结果表明:随着窄长射流横向间距的减小,射流相互干扰掺混,冲击动压的压力峰形态由多峰合并为单峰,冲击动压值增大;冲击动压值随上游水深的增加而增大,随下游水深的增加而减小。     

双河水库溢洪道水力特性试验研究

受地形限制,双河水库溢洪道进口段形式较为复杂,致使控制段横向水深分布极为不均、泄槽段出现明显菱形冲击波及横向水面差。为改善溢洪道的水流流态,对进口导墙布置及控制段闸墩体型进行局部修改。修改后,控制段及泄槽水流流态得到了明显改善。试验成果对类似的工程设计具有参考借鉴意义。     

闸堰下游淹没水跃特性研究

本文通过试验分析，对具有驼峰堰的泄水闸下游平底消力池中的淹没水跃特性进行了研究，认为：当淹没水跃的前佛氏数Ｆｒ１＝３．４－７．３，淹没系数Ｓ＜０．７时，消力池及其下游的流态不会因水跃被淹没而恶化，淹没水跃的消能效果优于自由水库。     

高海拔地区台阶式溢洪道水力特性研究

为了探究高海拔地区台阶式溢洪道水力特性,对坝顶位于海拔 2 586.0 m,斜坡角度 θ=32° 的某大坝台阶式溢洪道进行了模型试验。通过改变来流流量,研究了 3 种不同工况下溢洪道台阶竖直面及水平面时均压强、水面线、流速、脉动压强等水力特性。结果表明:在 3 种试验工况下,台阶式溢洪道不仅具有较高消能率,而且不会发生空化空蚀破坏;溢洪道竖直面及水平面压力沿程为跳跃式分布;水深及流速在台阶溢洪道上达到某一值后,基本稳定。该结果可为高海拔地区的台阶式溢洪道优化设计提供参考依据。