冲积床面形态及阻力的水槽试验研究

本文通过水槽试验,对中径为0.22mm的床沙,比较系统地研究了冲积床面形态及阻力规律.试验中观察到沙垄消亡时的床面形状比较规则,沿程分布比较均匀.试验结果表明,同一沙粒阻力条件下,沙波相对高度及陡度随水深增大而减小,床面形态过渡区,水流阻力不仅随沙粒阻力增大而减小,而且与相对水深有关.同一沙粒阻力的水流,其阻力系数随水深增大而减小,在床面形态过渡区,阻力系数相差不大,沙粒阻力是影响床沙质含沙量的主要因素.     

河流动床阻力影响参数分析及其计算研究

动床阻力计算对河流研究和工程问题解决十分重要。自20世纪中叶起利用现代水力学知识计算动床阻力的方法陆续出现，本文对现有成果进行了分析评述，并对经典的Einstein和钱宁等阻力计算方法进行剖析，发现基于水力半径分割假说建立的动床阻力算法，不适用于研究主要由悬移质输沙强度决定床面形态的水流阻力问题。为此，本文首先选取有代表性的基本物理量，同实测糙率值进行相关性分析，确定出主参数;通过数据分析确定水深和能坡的指数后，运用造床流量下床沙中值粒径公式计算河床比降;基于能坡I计算需体现河床比降主导影响的同时应考虑边岸局部水头损失作用的认识，给出能坡修正式，再引入能体现沙粒和含沙量对动床摩阻的影响的因子，建立了动床阻力计算新方法。大量实测资料验证结果表明，本文公式计算精度高，适用性强。     

新疆宽浅变迁河流桥墩局部冲刷研究

新疆宽浅变迁河流水深小、比降大、水流急,河床容易冲刷。建桥后,桥墩局部冲刷与一般冲积河流不同。论文通过概化动床模型试验,得出了新疆宽浅变迁河流桥墩局部冲刷计算公式。动床模型公式充分反映了这类河流的特点,因而与实际情况较为符合。     

冲积河床阻力

本文以G·H·Keulegan的阻力公式为理论根据,分析了实测资料,反求综合糙度K.指出在一般情况下,K_s都大于床沙的D_65.在有沙波的情况下,K_s值一般比D_65大1—3个数量级,并且随沙波消长而消长.如简单地用床沙的某一代表粒径来代替K_s值,则明显地偏离了理论关系线. 文中分析了沙波的阻力机理,引进了沙波的虚拟当量糙度概念,以实验和实测资料,分析了沙波当量糙度K,与沙波的波高,波长的关系,考虑到表层床沙代表糙度D_(M-65)随粗化而变化和K,随沙波消长而变化,给出了K,和D_(M-65)的计算方法,并证明了在取K=K+D_(M-65)时,理论阻力公式与实测值基本一致.同时,文中还给出了阻力系数f、曼宁糙率n和谢才系数c的计算公式.     

黄河河槽糙率异常原因及其解决途径

通过理论分析和实测资料计算,阐释了黄河糙率异常现象并对其偏小的原因背景进行了剖析,认为导致黄河河槽糙率异常的主要原因,首要是套用清水定床条件下的时均流阻力计算公式,其次是计算所用水文实测资料难具代表性;同时指出曼宁公式无法良好适用于动床阻力计算,已有的动床阻力研究成果在理论上进展有限,也难有实用性强或精度高的计算公式;进一步通过阐述水深指数的影响因子及表达形式,提出了解决黄河河槽糙率异常的修正途径,使修正后糙率的点群关系得到改善,物理含义也得到保证。最后,根据本文方法修正后的花园口水文站糙率资料,建立了糙率同流量的经验关系式,进而可连同动床阻力修正公式预测不同来水来沙条件下的平均流速。黄河实测资料的检验结果表明其预测精度较高。     

沙波运动与床沙交换调整

冲积河流非均匀沙表层床沙粒径组成是影响水流阻力、输沙及河床冲淤的重要因素.表层床沙组成随着冲淤及与深层床沙不断交换而调整变化.本文分析提出沙波运动是床沙交换最基本最普遍的原因,提出了随冲淤及床沙交换床沙调整变化的计算关系.根据作者及其它水槽试验和河流实测沙波资料,文中总结得出了沙波高度、沙波运动速度及周期的新的计算公式,可用于估算床沙活动交换层厚度及交换速度,也可用于其它方面的分析计算.     

细沙河流床沙中径计算公式研究

在系统回顾已有成果基础上,引入冲淤判数,通过动床河工模型试验研究了洪水冲刷过程中的床沙变化机理与规律,并基于河床自动调整作用原理建立了在全面概括影响因素的同时又能反映河床与水流依存关系的细沙河流床沙中径计算公式。黄河、西辽河等河流大量实测资料的检验结果表明:建立的公式有较强的适用性,其精度能满足工程需要。     

挟沙水流综合糙率系数的影响因素及计算方法

在现有研究成果的基础上,通过分析大量实测资料,发现挟沙水流综合糙率系数的影响因素主要有床沙组成、含沙量及弗劳德数,而糙率系数与流量、水位的相关关系较差。以含沙量、床沙中值粒径和弗劳德数为输入因子、以糙率系数为输出因子建立了BP网络模型和根据弗劳德数计算综合糙率系数的拟合公式,以及黄河上应用较多的赵连军、张红武公式,均是目前较理想的计算挟沙水流综合糙率系数的方法。     

冲积河流粗化后的床面沙粒阻力

通过理论分析提出了与泥沙起动水力条件及泥沙重度有关的泥沙等效粒径的概念及其计算方法,并在此基础上提出了一种计算粗化后床面沙粒粗糙尺度的简化公式,对其取值方法及区间进行了说明。该式表明床面上沙粒粗糙尺度不仅与泥沙颗粒的重度及水的重度有关,且与一定水流条件下形成粗化层时床面上泥沙颗粒的最大起动粒径有关。采用国内外70组天然河道及试验室实测资料,对本文提出的床面沙粒阻力计算公式进行了验证,结果表明该公式的计算精度令人满意。该公式可以用来计算冲积河流粗化后的床面沙粒阻力。     

不同重率轻质沙的床面形态和阻力的试验研究

本文通过动床水槽试验，研究了白色塑料沙，磺化塑料沙，电木粉三种轻质沙的床面冲淤形态和阻力特性，观察了各种材料床面冲淤形态的发展过程，并分析了各种材料沙波形态参数与水流参数的关系，从理论上分析了沙粒阻力和沙波阻力的影响因素，表明沙粒阻力与颗粒粒径和水面比降有关，沙波阻力与沙波的相对高度和沙波背水面的坡角成正比，而沙波背水面坡角的大小又只与颗粒几何性质有关，本文的试验资料和多家水槽试验资料的比较结果证     

ADCP测流方法的应用及水位流量关系序列的延展——以卡扬河为例

在国外水文资料稀缺的河流进行水电工程建设,流量测验耗资比较昂贵,且难以得到目标水位下的流量值。根据卡扬河ADCP测流方法的应用获取的流量资料和同步水位观测资料,用实测资料根据曼宁公式反求糙率,绘制水位糙率曲线,进而建立糙率经验模型公式,对特征水位下的流量进行推求,从而达到水位流量关系序列延展的目的。     

远距离输沙渠道设计原理与方法

远距离输沙到低地或直接入田，是当前引黄灌区泥沙处理的重要措施之一。输沙渠道设计首先要保持不淤，并在渠道周界可动条件下要保持渠道稳定。输沙渠道设计的基本关系式应是水注挟沙力关系、河相关系、水流连续原理及阻力公式。已有的这些关系式多数经验性太强不能反映他们彼此独立而又相联系的特点。如已有的流速为主要变量的渠道挟沙力经验式中没有把阻力系数作为一个影响因素；水流连续公式中没有反映出断面形态的影响，而确定渠     

长江下游河道河床阻力分布特征及影响因素分析

河床阻力是河流动力学的基本问题之一,与河流的泄流能力及挟沙能力息息相关。利用2014—2016年长江下游九江至河口段河床的多波束、ADCP及底质沉积物的同步采集数据,通过计算沙粒阻力和沙波阻力,分析不同河段河床阻力的分布特征,探讨河床阻力与宽深比、粒度及流速3个因素之间的相关关系,并对比三峡蓄水前后主要河段河床阻力及其与影响因素之间相关性的变化特征。研究结果表明:三峡蓄水前后,总体上,长江九江至吴淞口河段最大河床沙粒阻力和平均沙粒阻力分别减小57％和63％。长江下游河道河床阻力在蓄水前后均以沙粒阻力为主,沙波阻力在河床阻力中占比不足1％且随着三峡工程的运用有减小的趋势。三峡蓄水前,长江下游河道河床阻力与3个影响因素相关性从大到小依次为粒度、流速和宽深比,相应的平均决定系数依次为0.48,0.30,0.25;而三峡蓄水后,长江下游河道河床阻力与3个影响因素相关性从大到小依次为流速、宽深比和粒度,相应的平均决定系数依次为0.71,0.41,0.30,但各河段河床阻力在不同时期主要影响因素又有所区别。研究结果可为长江下游航道整治、航运安全和防洪提供参考依据。     

感潮河段底床阻力特性分析

为更好地了解长江感潮河段的底床阻力特性,在实测资料的基础上,结合流速对数分布的假设及谢才公式和曼宁公式给出了适合长江梅子洲河段(感潮河段)糙率的计算公式,并将公式加入到二维有限元水动力数学模型HSCTM中。数值计算的水位、流速及流场均显示了糙率公式的合理性;从尼库拉兹实验出发结合希夫林松的阻力公式从理论上探讨了摩阻流速和糙率高度之间的关系,并采用长江感潮河段的实测资料印证了两者之间存在间接的线性关系。     

考虑壁面阻力水跃共轭水深的计算方法

根据前人对附壁射流区流速分布和壁面切应力的研究成果,通过边界层的动量积分方程研究水跃区的边界层发展和壁面阻力系数的计算方法,通过动量方程研究考虑壁面阻力时的水跃共轭水深的计算方法。研究表明:水跃区的边界层厚度沿程增加;壁面阻力系数是水跃旋滚长度、跃前断面水深和弗劳德数以及水流运动黏滞系数的函数;水跃共轭水深比是跃前断面弗劳德数和壁面阻力系数的函数。提出了水跃区水流边界层发展、水跃旋滚长度和壁面阻力系数的计算公式,并将壁面阻力系数用于计算水跃的共轭水深。通过F.G.Carollo和W.C.Hughes的试验资料对公式进行验证,证明提出的公式形式合理、考虑参数全面、计算简单、具有足够的精度。     

Grade control for urban flood channel design

Grade control by drop structure is a common practice to design a steep channel. For a given design discharge, the drop height is determined by the pre-selected permissible flow Froude number or flow velocity. Design parameters for the energy dissipation over a drop include channel lining roughness, approach flow Froude number, drop number, and downstream jump in the stilling basin. All these design parameters shall be collectively optimized to provide a safe and functional structure. This paper reviews the current design procedure and then presents a methodology to determine the drop height by maximizing the energy dissipation. Design parameters include the limiting Froude number and channel roughness. The sensitivity test conducted in this study suggests that the limiting Froude number for drop structure designs be between 0.6 and 0.8. The optimal dissipation rate can be 80–85% of the specific energy associated with the approach flow.     

River bank protection from ship-induced waves and river flow

A new equation is proposed for the design of armor units on protected river banks under the combined action of ship-induced waves and river flow.Existing observed field and experimental data in the literature have been examined and a valuable database has been developed.Different conditions,including the river water depth,flow velocity,river bank slope,Froude number,wave height,wave period,and wave obliquity have been considered.Results from an empirical equation(Bhowmik,1978)that only considers the maximum wave height and river bank slope have been compared with the results calculated by the newly developed equation.Calculated results have also been verified against field data.Results show that not only the maximum wave height and river bank slope but also the water depth,flow velocity,wave length,wave obliquity,and wave period are important parameters for predicting the mean diameter of the armor units,highlighting the multivariate behavior of protecting the river bank in the presence of ship-induced waves and river flow velocity.     

波状床面消力池水跃特性试验分析

研究波状床面水跃共轭水深和水跃长度对于波状床面消力池的设计极为重要。根据已有文献关于波状床面消力池水跃特性的试验资料,分析波状床面消力池共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度和水跃区消能率随跃前断面弗劳德数、壁面粗糙高度、跃前断面和跃后断面水深的变化规律。给出了波状床面水跃跃后水深的半理论公式和水跃旋滚长度、水跃长度的拟合公式,并对其进行验证,水跃共轭水深的平均误差分别为4.5%和3.3%,水跃旋滚长度和水跃长度的平均误差分别为7.4%和5.9%。研究表明,水跃跃后水深和水跃长度不仅是跃前断面弗劳德数的函数,还是壁面粗糙高度的函数;波状床面消力池水跃区消能率远大于一般混凝土壁面消能率,在相同弗劳德数情况下水跃区消能率随着壁面粗糙高度的增加而增加。     

浅谈锦屏二级引水隧洞沿程糙率系数的反算方法

就锦屏二级电站引水隧洞,根据实测水头损失、反算沿程水头损失糙率系数过程中的一些经验和认识进行总结,提出了:(1)应尽量选取局部损失所占比例较小的洞段来计算沿程水损,并应计入测点底部流速头,以提高计算精度;(2)在引水隧洞平均水力半径的计算过程中,不能采用等动量或者等体积的方法,必须遵循水损相等的原则进行当量等观点,供参考。