桥梁基桩在含沙水流冲击作用下的冲蚀磨损数值模拟研究

过水桥梁的基桩外露已成为影响桥梁安全性的重要因素,携沙水流会对外露部分的基桩产生冲蚀作用,加速混凝土的破坏,累积到一定程度,会导致桥梁安全性降低,影响桥梁交通的正常运营。为研究携沙水流对基桩的冲蚀磨损规律及其影响因素,利用ANSYS-Workbench建立三维模型,在FLUENT的工作环境下,模拟水沙两相流的流动特性,并求解得出基桩最大冲蚀磨损速率。通过数值模拟,研究了携沙水流的流场特性,并得出了在不同流速、含沙量及粒径下的冲蚀磨损规律。结果表明:流速、含沙量及粒径都对最大冲蚀率有较大影响,其中,最大冲蚀率随流速的增加而增大,并呈现出明显的指数关系;含沙量与最大冲蚀率呈现出正相关关系;最大冲蚀率随粒径的增大呈现出先减少后趋于稳定的趋势。研究成果可以为后续基桩冲蚀磨损预测的工程应用提供相关依据。     

河道生态基流生态经济价值及其时间变化研究

为了解决普遍采用单方水资源价值计算河道生态基流价值的缺陷,以及探索河道生态基流价值定量化计算新方法,采用水力学方法将河道生态基流从径流量中分离出来,并确定河道生态基流对应水面面积,进而采用当量因子法计算河道生态基流价值和并探索分析了河道生态基流价值的时间变化特征。以渭河干流宝鸡段为例进行研究,结果表明:渭河干流宝鸡段的丰水年、平水年以及枯水年的年平均河道生态基流量分别为5.82 m~3/s、3.59 m~3/s和2.76 m~3/s。近21 a来,该段河道生态基流价值在时间上总体呈下降趋势,该价值多年平均值为5.61亿元,单方河道生态基流价值为6.27元/m~3,单方价值与价值总量变化趋势相反。河道生态基流价值年内变化具有明显的周期性,总体呈倒"V"字型,汛期河道生态基流价值比非汛期大,单方河道生态基流价值与之相反。通过相同区域以及相近区域的河道生态基流价值研究成果以及价值变化特征的对比分析,证明研究成果较为合理。该方法可为河道生态基流合理保障提供定量化依据。     

冻融循环下云母石英片岩三轴力学特性与强度预测模型

为探究云母石英片岩物理力学特性受冻融循环作用的影响,对饱水云母石英片岩开展了0、25、50、75、100次冻融循环试验,并对试样分别进行了4级围压下的常规三轴压缩试验,研究了其动弹性参数、三轴压缩破坏形式及三轴抗压强度的变化规律,取得如下成果:①随着冻融循环次数的增加,三轴抗压强度、动弹性模量、动剪切模量及动体积模量呈指数衰减,黏聚力及内摩擦角则呈线性衰减趋势;②随着冻融循环的进行,围压对试样强度的增大作用逐渐削弱,冻融循环对试样强度的劣化作用逐渐凸显;③冻融作用使云母石英片岩三轴压缩破坏形态由张拉破坏逐步演化为顺片理剪切破坏;④基于Jaeger破坏准则建立了一种以冻融循环次数、片理面倾角及围压为控制参数的斜交片理云母石英片岩三轴抗压强度预测模型,预测结果与实测数据具有较好的一致性。研究成果可为研究云母石英片岩冻融损伤劣化规律提供参考。     

组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。     

洞庭湖区三口水系生态基流研究

近年来大型水利工程的建设与运行、洞庭湖区三口水系分流量的持续减少和三口水系地区水资源的不合理利用,导致三口水系的生态流量严重不足。基于洞庭湖区三口水系的主要水文站2003—2018年逐日平均流量和1973—2002年逐月平均流量数据,提出一种综合考虑不同水文学法的生态基流确定方法,得出逐月和全年的生态基流推荐值,并分析其保证率和影响因素。结果表明:新江口站、沙道观站、弥陀寺站、康家岗站和管家铺站的全年生态基流分别为208.18、49.44、75.39、2.52、93.94 m³/s,全年生态基流保证率分别为84.83%、37.52%、51.88%、21.84%、42.60%;各水文站汛期的生态基流最高值均出现在7月份,8月份、9月份和6月份依次递减,汛期的生态基流及其保证率明显高于非汛期。研究提出的方法和计算结果可为洞庭湖区三口水系的水生态修复提供参考。     

变化环境下韩江生态流量演变特征分析

选取位于粤东、闽西南地区的韩江流域为研究对象,基于CA-Markov模型对2050年流域土地利用空间格局进行预测,构建SWAT分布式水文模型,以未来土地利用情景和气候变化情景为变量进行水文模拟,分析不同情景下韩江生态流量的时空演变特征。结果表明,未来城镇化扩张将使梅江支流中上游成为韩江流域内生态流量对土地利用变化最为敏感的区域;土地利用和气候变化将导致韩江流域枯水期流量整体减小,枯水期流量对环境变化更加敏感;韩江流域生态流量变化特征将呈现从西南到东北由升到降的趋势,梅江支流中上游地区的生态流量将得到改善;梅江和汀江两大支流上游区域生态流量对气候变化更为敏感;韩江流域径流总量下降,但丰枯流量分化加剧,长期来看枯季生态流量保障风险可能进一步增大。     

小水电站生态流量对电能损失率的影响分析

小水电站多以追求最大发电效益为目的,电站下游河道生态流量往往处于"无"或"少"的不良状况,对生态环境影响日益凸显.为研究电站下泄生态流量对电站电能损失的影响及影响因子的作用,本文选取江西省遂川县为研究区域,采用主成分分析法分析小水电站生态流量对电站电能损失率的影响.结果表明:(1)河道生态流量对小水电站目前运行实际发电量的损失率的影响阈值一般控制在[10％,20％].(2)电站效能属性第一主成分包括年利用小时数(M4)、设计流量与多年平均流量比(M5)和水量利用率(M6);电站出力属性第二主成分包括设计水头(M2)和设计流量(M3);装机规模(M1)为第三主成分装机属性单一主要指标;其中,M2和M4对电能损失率呈负作用,表明参数越大,相应电能损率失越大;M1、M3、M5和M6对电能损失率起积极正向作用,参数越大,相应电能损失越小.建议在小水电整改评估工作过程中,以考证M4、M5和M6的真实性和可靠性为先,后以电站铭牌特征值M2、M3和M1收集为辅,便于整改评估工作的顺利开展.本研究可为小水电站的评价认定和电能损失补偿提供一定的技术支撑和参考.     

基于水力水文学法的大渡河上游生态流量确定

利用湿周法、Tennant法、Tessman法、逐月最小径流法分别计算大渡河上游的最小生态流量,并通过鱼类繁殖产卵所需的流量验证4种方法的合理性。结果表明,Tennant法、Tessman法、逐月最小径流法能保证足木足断面鱼类繁殖产卵所需的最低流量,大金断面4种方法均能满足。推荐3—8月采用Tennant法,9月至次年2月选择湿周法,计算得到的最小生态流量过程能够满足鱼类及栖息地保护的要求,又对人类取用水影响最小。     

城市洪涝试验研究进展

城市洪涝物理试验与原型试验是开展数值模型验证及提高预报预警精度的重要手段。从城市产流过程、地表洪水演进以及地表径流与管网水流交互三方面,综述了近年来国内外城市洪涝试验的研究进展。针对目前城市洪涝试验研究中存在的不足,指出今后应完善现有城市产汇流过程相关机理方面的试验研究,深入研究地表与管网垂向交互过程,加强与城市洪涝期间的流动行为密切相关过程的定量试验研究。     

Modeling air flow in sanitary sewer systems: A review

Current designs of sanitary collection systems normally only consider the transport of wastewater without attention on the air movement in the sewer airspaces. Under anaerobic conditions, hydrogen sulfide (H₂S) can be generated in the liquid phase in sewer systems. H₂S is corrosive to concrete and steel structures and odorous or even toxic to human, which can cause corrosion and sewer odor issues. To develop a feasible sewer corrosion and odor control strategy, it is necessary to understand the mechanisms of air flow in sewer systems for developing practical tools to predict and control the air flow. This paper comprehensively reviewed previous efforts on modeling the air flow in sewer systems and provided recommendations on predicting the air flow for engineering applications. The air flow in a single pipe was firstly reviewed followed by the air flow in sewer structures as well as air flow models in sewer networks. Some other considerations such as temperature driven flow, transient water flow, and wind effect were also reviewed. The knowledge gaps were then identified, and recommendations on the further studies were provided.