第一造床流量及输沙能力的理论分析——“黄河调水调沙的根据、效益与巨大潜力”之三

第一造床流量是代表变动流量过程输沙能力的等价流量,即塑造河道纵剖面的造床流量,其能从理论上确定.计算结果与实测资料对比表明,在输沙作用方面,它确实有很好的代表性,且利用它确定输沙量时可避免很多频繁的计算.黄河下游河道输沙特性及输沙能力结构分析表明,利用挟沙能力级配可较好地反映冲淤和平衡条件下的挟沙能力规律,在冲淤条件下挟沙能力具有非单值性.这些分析,揭示了黄河下游复杂输沙现象的结构及多来多排的机理.     

黄河下游输沙能力的表达——“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之一

黄河下游输沙能力的表达,即不同河型的输沙能力公式.从公式可以看出,输沙能力的大小,除与泥沙粗细有关外,主要决定于坡降和河相系数.挟沙能力沿程调整的方式是:黄河下游上段游荡型河段坡降大,主要靠河相系数大来抵消;而下段弯曲型河段坡降小,主要由河相系数减少来补偿.     

黄河下游洪水的输沙效率及其与水沙组合和河床形态的关系

以1950-1985年间274次洪水的资料为基础,对黄河下游洪水的输沙效率进行了研究,查明了场次洪水排沙比随流量变化的3个临界点。同时还发现,当场次洪水平均含沙量小于34.02kg/m3时或当来沙系数小于0.01kg.s/m6时,下游河道可以不淤。黄河下游游荡段排沙比最小,过渡段次之,限制性弯曲段最大,可见窄深河段的输沙效率要高于宽浅段。上述3个河段处不冲不淤状态时的临界含沙量依次增大,证明窄深河段可以在含沙量较大时保持临界不冲不淤状况。     

黄河小浪底水库运用与下游河道防洪减淤问题

黄河下游淤积发展的根本原因是来水流量减少、河运输沙能力严重不足．通过干流小浪底水库“调水调沙”运用，减少下游河道淤积的指导思想，似乎仍然建立在河道输沙能力强，足以将大部分或绝大部分泥沙输送入海的认识基础上．极据黄河下游水沙特性及河道的具体条件，通过试验得出河道输沙能力的关系，分析了不同河段输送各级含沙量需要的输沙流量及游荡性河段在高含沙条件下的演变特性和带来的危害．提出在下游来水量日益减少的情况下，河道减淤除利用水库调节水沙外，应采取出库高含沙水流通过渠道向两岸低地放淤等综合减淤措施．其优点是大大减轻了河道的输沙负担，使小浪底水库不受或少受排沙运用制约而发挥应有的综合利用效益，还可大量节约黄河的输沙用水．     

黄河下游游荡性河段整治对河道冲淤的影响

黄河下游游荡性河段冲淤性过程表明，未经整治的游荡性河段具有明显的调节泥沙的作用。在主流摆动冲刷所形成的宣阔的河道内，高含沙洪水堆积造床，高含沙洪水后的低含沙水流再进行冲刷搬运。河道整治后，减少了主流游荡摆动范围，压缩或消除了河槽中的嫩滩，使中水河槽变窄，二滩稳定，河槽调节泥沙作用降低，输向下河段的粗少量将有所增加，泥沙主要由含沙量罗高的洪水输送，输沙过程与艾山以下河段大水易冲小水易淤的输水特性较为     

对黄河下游河道冲淤问题的认识

概述了黄河下游河道冲淤情况,从输沙平衡临界流量、平衡趋向性、冲河南淤山东还是淤河南冲山东等问题入手,提出了对黄河下游河道冲淤的几点认识:①黄河下游的冲淤受水沙条件、河床边界、河口基准面三大要素制约,三者缺一不可,分析研究下游河道的冲淤时不与河口尾闾的影响相联系是不全面的;②输沙率法、同流量水位法和断面法均有局限性和各自的优越性,应取长补短,以达到真实反映下游河道冲淤规律的目的;③黄河艾山以下河段的冲淤与河口基准面的状况相对应,输沙能力不足不是黄河下游淤积的主因,将临界流量作为判断艾利河段冲淤的条件是不当的和缺乏依据的;④冲河南淤山东还是淤河南冲山东的问题,在短时段的冲淤情况十分复杂和不稳定,从长时段宏观上看,上下河段的冲淤始终是趋向于河流自身的相对平衡,二者的冲淤过程大体是同步的,不存在哪个河段多冲多淤的问题;⑤现阶段黄河下游的淤积主因是来沙量巨大,其淤升幅度受制于河口基准面,属于溯源淤积的性质,解决黄河下游淤积的关键是"抓两头",即首先减少上游流域进入下游的沙量,特别是粗沙量,其次是减缓河口淤积延伸的速率;⑥拖淤、挖沙、放淤、调水调沙和借清刷浑等措施均具有局限性,在解决局部淤积问题和兴利方面有实用价值,但欲凭借这些措施解决黄河下游河道长时段宏观的淤积问题,则难见实效。     

对口丁坝双岸整治对黄河下游河道冲淤的影响

选取低含沙水沙系列、枯水多沙水沙系列以及规划设计的未来50 a水沙系列,利用黄河下游一维水沙数学模型,模拟计算了对口丁坝双岸治理方案下黄河下游河道在3种水沙系列条件下的冲淤状况。结果表明,游荡性河段采用对口丁坝方案整治后,输沙能力得到了提高,该河段多输送的泥沙一半以上输送到利津以下,其余部分淤积在高村—利津河段,其中淤积以高村—艾山河段为主,艾山—利津河段的冲淤情况与现状相比变化不大。     

黄河下游河道洪水期输沙规律研究

利用1960—2010年黄河下游304场次洪水实测水沙资料,以小浪底站为黄河下游河道进口控制站,以花园口、高村、艾山和利津4站为节点将黄河下游划分为4个河段,系统地研究了黄河下游洪水期河道水沙输移规律,分析了花园口、高村、艾山和利津4站输沙率与各自上站流量、含沙量和输沙率的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好的相关关系。在此基础上,进一步对小浪底场次洪水来沙系数进行分级,得到了分级来沙系数的下站输沙率与上站输沙率的相关关系。采用建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算得到的黄河下游各河段冲淤量和冲淤过程与实测资料符合很好,具有较高的精确度。利用建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道洪水期不同河段冲淤量,快速判断场次洪水对黄河下游河道冲淤的影响。     

黄河下游“驼峰”河段来水来沙条件和不平衡输沙特性研究

黄河下游特殊的来水来沙条件和独特的地理环境使高村-艾山河段成为了典型的“驼峰”河段。利用黄河下游各水文站1990-2020 年的水沙实测资料,重点分析了黄河下游花园口-高村、高村-艾山河段来水来沙情况和断面形态特征,并通过黄河下游不平衡输沙率公式,建立排沙比与河道来沙系数、河相系数之间的函数关系。结果表明：小浪底水库投入运行后黄河下游“驼峰”河段来沙量急剧减少。在此基础上构建了黄河下游排沙比与淤积量之间的数值关系,并进一步建立了排沙比与来沙系数、河相系数之间的幂函数公式,该公式可以根据黄河下游河道来水来沙条件和河道断面形态等参数更加准确地计算出下游各河段的冲淤变化情况。     

永定河下游河道游荡特性的初步分析

永定河下游芦沟桥梁各庄段是典型的游荡性河段，本文基于官厅建库后几年的水文资料，分析了与其相关的两大因素：一、来水来沙特性，二．河床特性，探讨了该河段的纵横剖面变化的特点，本文在定量上分析了永定河下游河段的河相关系系数，输沙率和流量的关系，滩槽级配的差异，也给出了这些因素和河道游荡摆动的关系。     

流量法测量文丘里管流量系数的误差研究

主要探讨在文丘里管测量流量系数实验中流量系数取值过程中的误差,借用能量方程,推导出了考虑水头损失时流量系数的理论公式,通过实验比较分析了不同阻力系数下计算得出的流量系数的误差大小,提出了在Re＜105对一种简化流量系数取值过程的计算方法,并验证了其可靠性.另外通过比较在同一水流环境下两次不同流量计算得到的流量系数,分析了流量测量引起的误差对于流量系数取值的影响.     

泥石流磨蚀特性试验研究

泥石流磨蚀特性是防治工程耐久性设计的关键参数,选取了5种固相比和5种浆体黏度共25组工况,采用自行研制的泥石流磨蚀系数测试装置进行泥石流磨蚀试验。实验结果表明：浆体黏度相同时泥石流磨蚀系数与泥石流体固相比成正相关,固相比相同时泥石流磨蚀系数与泥石流黏度成负相关;水石流及稀性泥石流的磨蚀能力显著大于黏性泥石流;工程中宜适当提高混凝土标号和增大混凝土砂浆保护层厚度来提高混凝土防治结构的耐磨性。研究成果对泥石流混凝土防治结构耐磨性设计有一定参考意义。     

大口径活塞套筒式调流调压阀流动特性分析

调流调压阀用于实现管线不同流量和压力工况的转换,其良好的调节性能和流动特性对管道系统的高效运行意义重大。本文以2400LT-41X-10Q型大口径活塞套筒式调流调压阀为研究对象,通过数值分析软件Fluent结合RNG k-ε湍流模型及动网格,研究了不同开度下稳态工况及开、关阀过程中瞬态工况的流动特性。结果表明,由于活塞套筒的运动产生阻流作用,故开阀和关阀的动态流量系数均小于稳态值,而对应的动态流阻系数则均大于稳态值。同时,对应开阀和关阀过程,活塞套筒将受到反向的瞬态侧向力,且以轴向力为主。因固定套筒的需要,在全开度附近保留了一段空行程,使得竖向和水平的侧向力在该开度下出现了陡升的峰值,可能影响阀门驱动机构的操作或引起阀门的卡塞。另外,通过对比不同阀门开度下的阀内流速、压力、湍动能和湍流耗散率等流场分布来对该其工作原理和流动特性进行说明。分析结果为活塞套筒式调流调压阀的选型和使用提供了参考。     

明渠时差法流量计流量计算方法分析研究

目前国内外对明渠时差法流量计流量计算方法研究较少,对时差法流量计流量计算方法进行系统完整的研究,从时差法测验原理、理论标定系数k1的计算方法、水道断面面积的计算方法、现场标定系数k2的计算方法,详细阐述了明渠时差法流量计流量计算方法,提出了线性插值计算理论标定系数k1的方法。以南水北调输水断面运河站为例采用线性插值计算理论标定系数k1的方法,进行时差法流量计流量计算,计算结果与流速仪法对比显示两者一致性较好,误差可控。进而为工程技术人员提供参考;为国产化时差测流装置提供重要技术支撑;为我国重点通航河道和低流速实时在线流量监测提供技术保障。     

植被缓流效果试验研究

为深入研究植被减流减沙特征及对流域水土保持效益的影响,本文通过5个覆盖度,6个坡度和7个流量的组合条件下的室内放水试验,系统研究了植被对坡面水流的缓流特征。结果表明:随着植被覆盖度增加,植被对坡面水流的阻滞作用逐渐凸显,即缓流系数减小,缓流效果增强,当植被覆盖度大于4.650%时,缓流效果趋于稳定。在试验流量范围内,缓流系数随流量的增加呈现逐渐减少的趋势,而随坡度的增加略有增加。缓流系数随水深和雷诺数增加而减小,而与弗劳德数呈反C型分布。最后,建立了基于试验控制变量(植被覆盖度,流量和坡度)的缓流系数预测公式。     

Changes in pool size in response to a reduction in discharge: a flume experiment

Management of river systems can create a reduction in flow with associated potential impacts on channel morphology. A total of 30 flume runs were conducted with two different sediment sizes to determine the effect of a reduction in flow on pool size and depth in confined channels. The experiments were conducted in a 6 m long, 0.5 m wide recirculating flume. Pools were scoured adjacent to a triangular‐shaped obstruction to flow from an initially flat bed. After 3 h of high flow, bed topography was measured and the flow was changed to a level of 50, 67, 80, 85 or 100% of the original flow. Changes in bed topography were then measured after 3 h under the modified flow regime. Results indicate that a reduction in flow creates smaller volume pools. With well sorted, fine‐sand substrate, changes in pool volume, volume of deep habitat and depth were significant for both 50 and 80% reductions in flow level. However, development of an armor level in experiments with poorly sorted, very coarse sand limited sedimentation at lower flows. Consequently, no changes in pool size were statistically significant with this sediment. The results suggest that data on the dimensions of pools are needed prior to any flow modifications in order to detect degradation of the physical pool habitat. Monitoring programs initiated after flow regulation may only identify changes in a limited number of cases where sediments are mobile at low flows and the reduction in flow level is severe. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

虹吸管内气团流流型时过流能力计算

该文针对非驼峰式正虹吸管道进行了系列试验,量测了不同安装高度、不同水头差时管内呈现气团流流型时的过流能力和截面含气率。试验结果表明,气团流流型下虹吸管道过流能力随虹吸管安装高度的增大而减小,不能采用常规有压管流公式计算气团流流型时虹吸管过流能力。基于试验结果分析了影响气团流过流能力的因素,结果表明气体存在对流动沿程阻力系数影响不可忽略,过流能力计算时不能直接采用单一液相流动沿程阻力系数。不同安装高度时虹吸管内过流面积减小不是导致输水流量减小的唯一因素,除了考虑过流面积减小对过流量的影响外,还应考虑含气率大小引起的μ_0或λ变化对流量的影响。结合试验结果和数值分析,推导出适用于气团流流型下伪空化现象明显、安装高度不大于8 m的水平管段较长考虑含气率大小的虹吸管流量系数计算公式,修正和完善了有压管流过流能力计算公式,经检验公式计算误差小于±7%。     

驼峰堰在三原西郊水库溢洪道中的应用

驼峰堰是一种堰高很小的复合圆曲线剖面低堰，设计与施工简单，适用于软弱地基条件，其整体稳定性及剖面应力均较好，优点是可获得较大的流量系数，从而提高泄流能力，减少投资。三原西郊水库溢洪道的设计在这方面作了尝试，取得了满意的效果。     

雾化水流溅抛水滴运动深化研究

雾化水流是水利枢纽高速泄流时所形成的一种特定的流动现象,溅水区则是雾流降雨强度最大的区域,其给工程带来的危害应加以特别关注.本文引用雨滴运动的研究成果对粒子的阻力系数进行修正,得到了溅抛水滴运动的阻力系数,而后又对溅抛水滴直径对溅抛长度的影响进行了初步探讨,加深了对溅水运动的认识.     

用流泵测定土的渗透系数

近年来美国的一些实验室，开始将流泵（ｆｌｏｗｐｕｍｐ）用于渗透仪，以代替传统的渗流试验装置。与达西渗透仪相比，用流泵测定土的渗透系数，不仅操作简便易行，试验时间大为节省，而且试验结果稳定可靠，精度高，试验的可重复性强。