滦河流域河流岸边带健康状况快速评价

以滦河流域为例,在流域生态分区的基础上,充分考虑岸边带功能的发挥,以岸边带内的植被覆盖、生物多样性和堤防形式三方面因素开展不同生态区域的河流岸边带快速健康评价。研究结果显示了不同生态区域内河流岸边带的健康状况。河流岸边带健康状况评价能够在较大尺度范围内快速、准确地反映岸边带的生态状态,针对区域特性提出相应的保护与修复措施。总之,本研究可为全面了解滦河流域河流岸边带现状以及今后的保护与修复提供参考,同时为其他流域的规划和管理提供参考。     

冰水情一体化双频雷达测量系统

针对单频雷达在冰厚和水深同时测量中的缺点,提出了以100 MHz和1500 MHz雷达为基础的冰水情一体化双频雷达测量系统,并通过RTK系统实时采集测点的经纬度坐标。该系统通过交替工作周期为15 ms的分时工作来避免不同频率雷达间的相互干扰,利用冰厚和水深综合探测时在时间上表现为相邻道号数据振幅稳定、渐变的特点,采用相关性层位追踪算法提高测量的准确性。在我国纬度最高的黑龙江漠河段,通过21个水深和19个冰厚测点与传统观测方法进行了对比验证,并通过原型观测应用支撑了黑龙江龙岛码头河段春季的防凌爆破。结果表明基于双频雷达的冰水情一体化系统可大幅提高冰水情野外原型观测的效率,为长河段的冰厚、水深测量提供新的手段。     

基于神经网络理论的开河期冰坝预报研究

在北方高寒地区的天然河道,开河期冰坝形成和导致凌汛的机理复杂,目前的冰水动力学模型难以模拟和预报其发生、发展和溃决的过程,可用的冰坝预报多采用传统的统计学方法和经验判别式法,为应对严重的防凌形势,迫切需要找到冰坝预报的新方法。本文在对开河期冰坝成因及机理研究的基础上,建立了基于神经网络理论的冰坝预报模型,并将其应用到黑龙江上游凌汛灾害频发的漠河江段冰坝预报中。通过神经网络聚类法预报冰坝是否发生,神经网络聚类法预报精度为85%,高于传统统计学的几率分析法62%的预报精度。通过预报开河日期实现了对冰坝发生时间的预报,开河日期预报平均预见期为10天,最大误差2天,预报合格率100%。该模型提前准确预报2017年黑龙江漠河江段开河冰坝发生情况。及时、准确的冰坝预报能为提前制订主动防凌方案和采取必要防凌措施提供重要的依据。     

跌坎底流消能水流再附长度的数值模拟研究

生态友好理念坝工建设趋势下,底流消能优势明显。采用消力池池首设置跌坎的底流消能工很好的解决了消力池临底流速高危害运行安全的难题。本文是在近年来多项高坝工程采用跌坎底流消能工的背景下,通过采用RNGk-ε紊流模型结合VOF方法的两相流数值模拟方法,开展了跌坎底流消能水流再附长度～跌坎高度～坎上水深～坎上流速相互关系的研究。研究结果表明,在坎高和坎上水深一定的情况下,流速的变化不影响水流的再附长度。同过研究结果的无量纲化,给出了L/d（再附长度/跌坎高度）～d/h0（跌坎高度/坎上水深）的关系。     

明流泄洪洞布置形式对水力特性影响的数值研究

采用t-e紊流模型,并结合VOF方法,对锦屏一级水电站泄洪洞明流段的两种布置方案进行了数值计算.计算中对壁面粗糙度的合理取值范围进行了分析讨论.并就其对计算结果的影响进行了定性分析.得到了按正常泄量泄洪时"龙落尾"和.龙抬头"泄洪洞内压力分布、空化数分布、沿程水深及平均动能的变化.通过比较,认为.龙落尾"式布置方式缩短了需要掺气保护的洞段长度,可降低工程空化空蚀破坏的风险程度;而"龙抬头"式布置方式的防空蚀性能稍好.出口水流的能量也小,对下游河道的消能防冲有利.     

龙抬头式泄洪洞反弧末端边墙掺气减蚀设施的研究

高水头龙抬头式明流泄洪洞发生空蚀的部位一般位于反弧末端下游边墙及底板上，因此研究该部位的掺气减蚀设施具有十分重要的应用价值。结合二滩水电站1号泄洪洞，研究了反弧段边墙掺气问题，基于掺气挑坎设计中应遵循的基本原则，提出了一种新型的斜侧收缩式掺气挑坎体形，并分析了影响侧收缩掺气挑坎挟气量及挑坎下游水流流态的因素。     

竖井旋流式泄洪洞数值模拟

本文采用k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法，数值模拟竖井旋流泄洪洞复杂的水流运动，得到自由水面，流速及压力等水力要素的分布规律。数值模拟结果与已有模型试验数据的对比分析表明，采用的数值方法能够较好地模拟竖井旋流泄洪洞泄流过程。此外，利用数值模拟的结果对竖井的泄流能力和消能率进行了验证。     

大朝山水电站宽尾墩阶梯式坝面泄洪水力学原型观测

大朝山水电站采用宽尾墩阶梯式坝面及戽式联合消能工的设计,于2002年6月进行了设计水位下的过流水力学原型观测,针对阶梯式坝面开展了沿程4个台阶上的压力、底流速和掺所的量测,取得了在100m级高坝、单宽流量165m3/s·m条件下的运行资料。观测结果表明,在宽尾墩出口前增加一个2m高的小挑坎,可将出坎水流挑离阶梯坝面,保证了底部有足够的掺气。本观测成果为在推广宽尾墩阶梯式坝面在高坝大单宽流量的设计条件下的应用提供了非常重要的科学依据。     

滦河流域生态分区方法研究

通过对滦河流域自然地理环境和生态特征的分析,依据提出的各级分区指标、分区方法和区域划分原则,建立流域生态分区框架体系。基于Arc GIS平台,以ISODATA聚类分析方法及相关生态分区原则,将滦河流域划分为3个一级生态区和7个二级生态区,用以表达不同地区生态环境特征和受到人类活动的影响程度,同时对各个分区的生态特性和所面临的问题进行总结和归纳。滦河流域生态分区研究可为其生态系统保护、资源高效管理和流域整体规划提供了科学依据和空间管理框架。     

挑坎下游高速掺气水流的数值模拟

应用FLUENT软件及其二次开发技术,采用双流体模型及混合k-ε湍流模型对带有掺气挑坎的陡槽高速掺气水流进行了二维数值模拟。根据掺气水流的特点,重点对相间阻力模型进行了改进,特别在构建相间阻力本构关系式时考虑了湍流扩散的影响。计算结果表明,在相间阻力模型中考虑湍流扩散的影响,可明显改善以往数值计算对水流掺气估算偏低的状况,使掺气浓度的分布和掺气量的计算结果与试验数据符合更加良好,说明湍流扩散对掺气浓度的分布有重要作用。当采用双流体模型模拟掺气水流时,相间作用力模型应考虑湍流扩散的影响。