基于关键闸坝优选的区域水网水量调控

为实现区域水网水量的高效调控,从水量、水生态、水质和闸坝管理等4个方面构建包含10个指标的闸坝优选评价指标体系,以廊坊市凤河-永定河区域水网为研究对象,计算区域内32座闸坝的综合关键指数并给出影响程度排序,采用水动力数学模型验证关键闸坝选取的合理性。结果表明：优选出的永丰闸和东张务闸是区域水网的关键闸坝,通过调节这两座闸坝的开度即可满足区域水网的生态需水和防洪排涝调度目标,保持区域水网较优的水力连通能力,提高区域水网水量调控效率。     

水库水温分层对浮式取水口前流速分布的影响

由于目前缺乏对浮式取水口前流场变化规律的研究,以分析水库水温分层对取水口前各断面流速分布影响为目标,依据某水库水温资料,采用k-ε紊流模型对浮式取水口前流场进行三维数值模拟,针对水库水温均一和水温分层的两种情况,研究取水口前流速分布,分析水库水温分层对取水口前各断面流速分布的影响。研究结果表明,在浮式取水口附近,水温均一和水温分层的流速分布存在着差异,这种差距随着取水流量和淹没深度的增大而减小。研究成果可为浮式管型取水设施的应用和运行提供技术支持,为取水水温预测提供理论依据。     

基于分形理论的坝基裂隙岩体注灰量与导水率关系研究

由于天然岩体裂隙分布的隐蔽性和不确定性,很难准确评价天然裂隙岩体的渗透性和可灌性。离散裂隙网络作为描述天然裂隙网络的有力工具,能在一定程度上反应裂隙岩体的某些特征,但都是基于统计意义上的概率分布,无法反应裂隙网络参数的内部联系以及微观特征。Mandelbrot提出的分形几何是描述不规则物体的重要工具,研究发现裂隙网络中的裂隙迹长分布服从分形特征,很多学者利用这一理论对裂隙网络的渗透性进行了研究,推导了裂隙网络渗透系数的表达式。然而缺乏裂隙网络的可灌性和灌浆量的研究。本文首先利用裂隙网络的分形特征和裂隙迹长与隙宽的关系,建立了裂隙岩体导水率的分形模型,推导了裂隙岩体导水率与分形维数的关系表达式,并与已有研究结果进行了对比,证实了该关系式的可靠性。其次,分析了裂隙岩体灌浆注灰量与分形维数的关系,进而推导了注灰量与导水率的关系式,根据注灰量与导水率的关系曲线对灌浆区域的划分,定义了3个不同的灌浆区域:正常区域、微小裂隙区域和扩展区域,分别对应于正常灌浆、微小裂隙较多和裂隙扩展变形这3种不同的灌浆状态。最后,通过与工程实测数据的对比,证实了本文注灰量与导水率关系式的可靠性和适用性,也说明了3个灌浆区域的划分是合理并且重要的。因此,该关系式和灌浆区域的划分可以用来预测和评价实际工程灌浆施工的合理性和可灌性。     

基于重力坝三维设计的CAD动态交互系统开发

为了在可研阶段合理、快速地制定重力坝设计方案,减少设计周期和成本,采用极限状态设计的方法,利用VB 6.0可视化编程工具开发出了一套能够与CAD动态交互的重力坝三维设计系统。该系统通过对Auto-CAD的二次开发实现了重力坝的三维参数化建模,并对所建三维模型进行结构计算,将设计与计算紧密结合,通过动态交互简化了大量复杂数据的计算,达到精确、快速完成断面设计的目的。经实践检验证明,该系统大大提高了断面设计效率,实用性强,对可研阶段的方案比选具有重大意义。     

径流变异对滹沱河流域水库生态调度的影响

分析了滹沱河中上游径流变异情况并计算了河道生态流量,通过构建岗南-黄壁庄梯级水库供水及生态多目标优化调度模型,并采用NSGA-Ⅱ求解多种情景方案,探求入库径流变异对水库生态调度的影响。研究结果表明：小觉站和平山站径流分别在1983年和1979年发生变异,流域径流整体呈显著下降趋势;利用频率众值法、Tennant法和年内展布法计算的河道理想、适宜及最小生态流量对应的年生态需水量分别为9.85亿、5.85亿、3.23亿m³;农业灌溉及生态需水缺水率随来水频率的增大而显著增大;入库径流下降趋势显著且发生变异,致使变异后不同水平年水库调度的供水保证率均有所降低;农业灌溉需水和生态需水矛盾显著,枯水年农业灌溉供水率降低4%可提高12%的生态供水率。     

基于Kriging-子模型法的混凝土大坝廊道安全分析

为满足水利工程中廊道安全计算的要求,针对现有廊道安全性能分析研究无法直观反应廊道安全程度的问题,构建了一种结合Kriging-子模型法的廊道可靠度计算模型,该模型可以有效地反映出廊道在温度、材料强度等不确定界限影响因素下的可靠程度。研究结果表明:该可靠度计算模型能够有效地拟合原始数据中的无关离散点,对廊道整体强度可靠度分析做出较好的预测,为进一步分析廊道安全性能提供了基础。     

复式断面明渠浅滩水深及雷诺数对湍流结构影响的大涡模拟研究

天然河流主槽和滩地间存在复杂的水体交换和混掺。利用大涡数值模拟(LES)研究复式断面明渠浅滩深度和雷诺数对湍流结构的影响,研究结果表明:明渠二次流强度和脉动强度在主槽浅滩深度比为1/2时最大;滩槽交界区二次流对顺流向流速结构有较大影响,并使紊动能发生重分布;复式断面明渠二次流强度和脉动强度随着雷诺数的增加逐渐增大并趋于稳定。     

绕单自由度涡激振动圆柱的速度环量的时空分布特征

对低质量比(质量比为8.63)的单自由度圆柱的涡激振动进行了数值模拟,模拟中选取了四组折合速度(第一组对应位移响应的初始分支,另三组对应下端分支)。模拟所得的圆柱运动响应和升力系数与Williamson的相应实验结果相符。根据模拟所得的流场对各组案例中绕圆柱的速度环量进行了计算和分析,结果表明:①无量纲化速度环量在时空上总体呈交替的条带分布,条带的斜率和宽度分别对应于环量向外传播的速度与环量的变化周期,条带斜率随来流速度增大而增大;②经验正交函数(EOF)分解得到的第1和第2空间模态包含了环量时空分布的主要信息,且其均对应于第一主频;③环量均方根值沿径向的分布在初始分支段与下端分支段之间有显著区别,导致这一差别的主要原因是其对应的尾流脱涡模式不同——分别对应于2S和2P模式。     

高含沙水流作用下水垫塘底板上举力特性试验

针对高含沙水流对水垫塘底板上举力特性的影响,通过模型试验,研究了不同含沙量下底板上举力的分布规律、幅值特性和频谱特性。结果表明:含沙水流作用下的上举力沿程分布规律与清水时相同;各流速下上举力时均值均随含沙量的增大而增大,且基本呈线性函数关系,斜率在0.17～0.22之间;上举力标准差随含沙量的增大先增大后减小,在含沙量为183 kg/m~3时出现峰值;上举力的脉动在0～3 Hz的低频范围内,与清水相比,水流含沙后功率谱的频带宽度增加,高频域内的功率谱密度值有所增加;水流的时间积分尺度随着含沙量的增大呈先增大后减小的趋势。     

沙质床面河道演化过程湿润带渗流规律试验分析

为揭示试验室条件下无黏性沙质河道演变过程中河床湿润带的渗流规律,设计循环水槽装置系统,通过控制床沙粒径、入流流量、床面坡降及河岸植被覆盖率4个变化参量,分析不同因素对河床渗流的影响以及河床湿润带含水率的时空变化。结果表明：颗粒粒径及床面坡降对渗流流量的影响较大,粗沙的渗透性远大于细沙,流域坡降与渗流流量成正比;初始含水率对渗流有重要影响,床面初始含水率较小时,渗流流量偏大;对于河道演变试验,当床沙、坡降、河岸植被等流域控制因素一定时,系统存在相对饱和渗流流量;当流量大于相对饱和渗流流量时,渗流流量将保持相对稳定。此外,床面含水率在时间尺度上变化较小,而在空间尺度上呈区域阶梯变化。