含天然沉水植物明渠紊流特性研究

鉴于研究含植物水流的紊流特性对河流治理及湿地恢复的重要意义,在大结构混凝土水槽中,以天然沉水植物狐尾藻和菹草为试验植物,利用三维超声波测速仪（ADV）测量含植物段水流,对5种工况下明渠紊流特性进行了研究。结果表明,含沉水植物水流时均流速垂线分布呈C形;植物密度较高时,紊动强度值相对较大且不同种类的植物对其影响趋于一致,低密度时紊动强度值相对较小,但垂线分布之间差异较为明显;植物密度越大脉动流速均方根值越大,同时紊流表现出明显的各向异性;雷诺切应力受种植密度及植物种类共同影响。     

滨岸带植物对水流结构影响的试验研究

以滨岸带植物为例,针对河道断面形式与植被分布影响河道水流结构、进而影响河流生态功能和河岸稳定等问题,通过种植3种高度模拟植物的梯形断面渠道的12组次水槽试验,分析了梯形生态渠道的沿程水面线、沿程流速及植物带中断面横向与中垂线流速分布、等效糙率.结果表明,植物带前壅水水位随植物高度增加而增大、植物带末端出现水位降低和流速升高区域、植物带断面中垂线流速分布呈大“S”型分布,流速梯度反转值位置随植物高度的增加而升高;断面横向流速对称分布,主槽流速大于边坡区流速,最大流速发生于主槽与边坡交界区.     

白鹤滩水电站~#1泄洪洞反弧段水力特性的数值模拟

采用k-ε紊流模型对白鹤滩水电站# 1泄洪滴竖曲线段及其下游连接段水流流场进行数值模拟,获取了流速、水面线、压强,切应力等水流运动参数分布.结果表明,底板和边墙的压强沿反孤向下游逐渐增大,在反弧后部1/4范围内达到最大,反弧末端的压强梯度大于反孤起始端的压强梯度;切应力沿反弧向下游逐渐增大,且高切应力范围在下斜坡段延伸一段距离,而在同一断面内角隅附近的切应力较大;空化数沿程减小,陡坡段开始需采取掺气减蚀措施,防空蚀的关键部位为反孤段末端后边墙的中下部和底板.     

明渠水流紊动特性的LDV试验研究

在可变坡矩形玻璃水槽内,利用激光多普勒流速仪(LDV)测量了水流发展段内不同水深、不同断面的瞬时流速,获得了时均流速、紊动强度、雷诺应力沿水深的分布.试验结果表明,紊流发展段内与充分发展段内水流的紊动特性存在一定差异,但亦有一定的规律性.     

湿地刚性植物对水流结构影响的三维数值模拟

针对有植被的湿地水流问题的复杂性,基于VOF表面跟踪技术下的RNG k-ε模型,采用有限体积法和PISO算法建立了数值模拟方法,通过对同一来流情况下三种不同株径的刚性植物群的数值计算,分析了植物带前、带中、带后典型断面的纵、横向水面线变化及流场.结果表明,随植物的生长,不同断面水流的水位、平均流速与植物的株径均有密切关系,利用模型计算的结果与实验值吻合较好,该方法用于模拟湿地刚性植物对水流的作用行之有效.     

弯道近岸流速沿程分布规律与计算方法

确定弯道近岸流速对于预测弯道凹岸侵蚀速率与横向迁移速率具有重要意义,但野外测量与理论计算近岸流速困难较多。为研究近岸流速的沿程分布规律,以及近岸流速与断面平均流速值之间的定量关系,采用MIKE 3建立水流数学模型,分析各种工况下连续弯道的中间河段内18个断面的断面平均流速与近岸流速的关系并建立计算方法。结果表明,弯道入口段,近岸流速沿程略减小,之后沿程近似呈线性增加。近岸流速随断面平均流速的增加而增加,二者之间高度正相关,可采用ub=a珔u+b表示,a和b随弯道中心角和来流量变化而变化。研究成果有助于了解河道演化规律。     

苦草对明渠水流运动特征影响的试验

为了解含植被水流运动规律,以柔性植物苦草为对象,在室内水槽中开展了苦草斑块对水流时均运动特征影响的试验,观测分析了不同水流(断面平均流速分别为3、5、10cm/s)和不同植株密度(172、86、43、0株/m2)条件下含苦草水流的流速分布结构。结果表明,植被斑块对水平流速分布有影响,在斑块尾部边缘有涡的产生;由于植被的阻流作用,使得植被斑块内部流速沿程减小,斑块外围流速沿程增大;垂线流速呈S型,可划分为底边界层区、冠层次级最大流速区、冠顶过渡区及冠层上部对数流速分布区。植株密度对冠层次级最大流速区影响最为显著,密度越大,流速削减越迅速,逆转梯度越大;断面平均流速越大,植被对水流的影响越显著。     

封闭梯形渠道水流特性的数值模拟

为深入了解封闭梯形渠道的水流特性,以3m长封闭梯形渠道为例,采用雷诺应力紊流模型对不同糙率顶板的封闭梯形渠道水流特性进行了数值模拟,分析了影响其流速场和二次流形态的因素。结果表明,断面流速呈非对称的弓形分布,随顶板糙率的加大,最大流速点向渠底移动;由于受边壁和顶板糙率的影响,过水断面的二次涡流主要集中在固壁拐角处;壁面附近的紊动强度和紊动能耗散量均比较大;粗糙顶板的壁面剪切应力大于光滑顶板的切应力。     

管道车平稳运移时的环隙流速分布特性

管道车平稳运移时环隙内水流流速分布特性关系着管道车与水流相互作用,从而也会影响管道车的运动特性与管道内的水力特性。通过物理试验与理论分析的方法研究了管道车平稳运移时环隙内水流流速整体与局部分布特性,对比了不同直径的管道车环隙内水流流速分布特性与输送效率之间的关系。结果表明,管道车平稳运移时,环隙进口断面处的流速最大,其次为车中断面,车后断面处的流速最小;靠近管道车壁面处的流速沿程变化较大,且流速大小与管道车速度有关,靠近管壁处的流速沿程变化较小;不同直径的管道车环隙水流流速分布情况影响着管道车的输送效率,当环隙水流流速与管道内水流流速之比接近于1时,管道车的输送效率最大。     

不同环状缝隙宽度下管道车车后断面轴向流速特性研究

管道车车后流场作为柱系绕流流场的一部分,尾迹绕流可能会对管道车柱系结构产生影响,进而影响管道车柱系结构稳定性。为此分析了4个不同缝隙宽度下管道车车后断面的轴向流速特性。结果表明,车后断面轴向流速受管道车结构影响呈区域性分布;距离管道车一定时,环状缝隙越小,相同断面轴向速度变化幅度越剧烈;管道车车后轴向流速变化幅度沿程减小,管道车对水流的影响沿程衰减,速度大小沿程向断面平均流速靠拢。     

人工湿地系统研究应用

叙述了人工湿地污水处理技术的机制和优势,以及人工湿地的构建和污水处理研究进展,表明人工湿地的污水处理效率与污染物的种类和污染程度、人工湿地的类型、湿地植物种类、基质类型、水力停留时间和水力负荷等密切相关。结合人工湿地技术的工艺原理与流程,分析了人工湿地在实际中的应用,展望了人工湿地研究的一些构想。     

基于改进的SWAT模型的湿地水文过程模拟

针对SWAT模型在湿地水循环模拟过程中存在的不足,以扎龙湿地为例,根据湿地的水文特征,在SWAT模型基础上重新构建了湿地模块来模拟扎龙湿地水文过程,并以1987~1989年月出口径流量对模型进行率定,2005~2006年月出口径流量对模型进行验证。结果表明,改进的模型能较好地模拟扎龙湿地水文过程和湿地水文特征,模拟结果具有较高的可信度。     

寒区滨河湿地生态系统碳通量特征及影响因素

湿地碳循环在全球气候变化中起着重要作用,而湿地碳通量特征及其影响因素研究是湿地碳循环研究重点关注的问题之一。基于金河湾湿地涡度相关观测系统的实测试验数据,系统分析了寒区滨河湿地生态系统净碳交换日际和季节两种尺度的动态变化机制,总结了碳源、碳汇变化规律,并探讨了气象要素对净碳交换量和湿地总生态系统生产力的影响。结果表明,金河湾湿地生态系统净碳交换在日尺度上呈"U"型分布,午时左右达到最高值;季节尺度上,自9月中旬至次年4月初表现为碳源,其余时间表现为碳汇,持续时间约5个月,总固碳量约631.62g/m2;相较于其他湿地生态系统,寒区湿地由于气温低、湿度大,净碳交换量和总生态系统生产力相对较小。     

浅谈表面流人工湿地处理系统设计

从表面流人工湿地概念入手,在介绍地形条件和土壤性质的基础上,结合实际案例介绍了表面流人工湿地处理系统的初步设计、详细概念设计以及最终设计,特别是对最终设计当中的面积计算、长宽比和线速度、分区、围堰及防洪、动力抽水设备和进出水口控制结构、植物和种植等要素进行了归纳总结.     

人工湿地技术应用于辽河下游污水处理的可行性研究

阐述人工湿地系统的概念及其用于污水处理中所具有的投资少、能耗低、效果好、易于管理等优点。对辽河下游重点河段进行了实地取样,测得氨氮、化学需氧量、浊度等严重超标;对该流域沿岸的土壤、地层做了调查,结果显示水土流失较严重,增加了农业面源对河流的污染。综合辽河下游水质及地貌的特征,提出了用人工湿地处理该流域的污水是可行的。     

生态浮床与潜流湿地耦合处理生活污水示范效果分析

生态浮床与潜流湿地具有良好的净水效果,能吸收水体中有机污染物。较为系统分析了生态浮床与潜流湿地在上海某农村生活污水处理示范工程中的应用方法及其优缺点,实际考察了生态浮床与潜流湿地藕合技术在处理农村生活污水示范工程中的应用情况。运行结果表明,该工艺技术具有投资少、处理效果好、操作简单、维护成本低等优点,其出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级B排放标准。     

太阳光照对湿地蒸发蒸腾的影响

通过构建潜流型人工湿地,在夏季时段对湿地蒸发蒸腾日变化规律进行了研究。通过回归分析发现,湿地的蒸发蒸腾与太阳光照和气温密切相关,而光照是影响湿地蒸发蒸腾的主要因素。试验结果表明,光强对湿地蒸腾作用影响较大,蒸腾引起的水量损失是植物湿地水量损失的主要原因,同时湿地水位对湿地的蒸发蒸腾和水量损失有着显著影响。     

台州市人工湿地建设适宜性评价

鉴于综合考虑人工湿地建设的影响因素对人工湿地建设适宜性进行评价是保障其充分发挥各项功能的重要基础,以台州市7个备选区的人工湿地建设为例,建立了人工湿地建设适宜性综合评价模型,根据评价指标的原始数据,利用灰色关联法确定灰色关联系数、用层次分析法确定各评价指标的权重,计算各评价指标的加权灰色关联度作为人工湿地建设适宜性综合评价指数,并按其大小对备选区进行排序,进而确定了人工湿地建设适宜等级。结果表明,各备选区的人工湿地建设适宜性整体情况较好,均适宜人工湿地建设,同时各区域的适宜程度及制约因素表现出一定的异质性。     

寒冷地区污水深度处理的人工湿地设计

针对寒冷地区冬季气温对人工湿地运行效果的影响,借鉴已有工程案例的设计理论,构建了取水控制室-水平潜流人工湿地-景观蓄水塘的生态水处理系统,以深度处理污水处理厂的出水。对填料深度、孔隙率等参数进行了论证取值,优化设计了布、集水系统,在提高人工湿地布水均匀性和水力效率的同时,间接地缓解了堵塞问题的发生并保障了低温下污染物的去除效率,为北方寒冷地区人工湿地的工程设计和冬季的管理维护提供了参考。     

变化环境下白洋淀湿地演变驱动机制分析

随着人口增加和社会经济发展,白洋淀湿地的生态用水与生态用地被严重挤占,导致湿地面积严重萎缩、流域景观破碎化程度加剧。运用小波分析法和马尔科夫预测方法分别研究白洋淀湿地降水、气温演变规律及土地类型的转变情况,从自然和社会两方面探究变化环境下白洋淀湿地演变驱动机制。结果表明,白洋淀流域降雨量减少,气温升高,气候发展总趋势向着暖干方向发展,生态用地将进一步被挤占,水面和滩地面积将大幅度减少,在社会变化环境驱动下白洋淀的生态系统将更加脆弱。