等阻力树杈型冲沙管道的试验研究

多沙河流上修建的水库必然要面对泥沙淤积问题,合理科学的库容恢复和保持措施对于水库综合效益的正常发挥具有重要意义。排沙廊道是一种一次建设、可持续使用的排沙设施,但传统排沙廊道中各进口为顺序排列,不同部位进口抽沙能力不均,严重影响运行排沙效果。等阻力树杈型冲沙管道是近期提出的一种新型排沙方式,其各级管道采用树杈型布置,多口汇流的旋转流动可消除不同角度水流加速度影响,按每一个进口管至总出口的流动阻力相等为原则设计;在进口管顶部设置倒扣铁锅型防沙罩,防止进口管被落淤的泥沙所阻塞。本文在水槽中开展了树杈型冲沙管道试验,同时开展了相同条件下的进沙口顺序排列的对比试验,结果表明:当进沙口按传统廊道多口顺序排列布置时,位于远端的一半出口将被完全淤堵,难以达到预期的排沙效果;而树杈型冲沙管有效克服了传统廊道不同进沙口抽沙能力不均的缺陷,实现了对所覆盖区域的均匀排沙,正常情况下未发生淤堵;当高含沙水流集中流向某一进口时,会造成该进口淤堵,但由于不同进沙口独立运行,所淤堵进口基本不会对其他进口的正常运行造成影响。本文试验结果表明,等阻力树杈型冲沙管道的稳定排沙浓度可达400～700 kg/m3,远高于顺序排列方式的100 kg/m3;冲刷漏斗体积为多口顺序排列的1.5倍。     

照片数量对SfM动床河工模型地形三维重构的影响研究

SfM是摄影测量领域近年来飞速发展的三维场景重构技术,目前已在地貌勘测、文物勘察、冰川演化、岩石勘探、土壤侵蚀等研究领域开展了大量尝试和应用,而在河工模型方面的应用研究尚处于起步阶段。本文开展了输入照片数量对SfM法动床河工模型地形三维数字高程地形(DEM)重构精度影响研究,采用4个不同视角对河工模型动床冲淤地形进行拍摄,选取不同数量照片作为输入开展SfM法三维地形DEM重构,然后将每组DEM重构结果与传统测针法测量进行对比。结果表明,当照片数量较少时,增加照片数量可改善SfM重构精度,但当照片数量较多时,虽可为SfM提供更多的床面变化图像信息,但同时带来由于特征点成像变化而引起的误匹配现象,反而可能导致SfM重构精度下降。鉴于不同动床模型的模型沙和光照等外部条件不同,实际应用时须针对不同模型的特点进行深入对比和分析,选取合理的照片张数开展SfM法动床冲淤地形测量。     

运动恢复结构多视角立体重构在河工模型地形测量中的应用

动床地形的准确、快速测量对于河工模型试验具有重要意义。采用运动恢复结构三维地形重建(SfM-MVS)方法对某河工模型动床地形进行测量,并与传统测针地形测量法进行对比。结果表明,SfM法可以成功获取大面积动床冲淤地形,但所测高程与测针法之间存在系统偏差;这种偏差可利用测针法结果进行修正,使测量结果达到或接近河工模型试验规程所规定的精度要求。SfM法对于地形变化较平缓区域偏差较小,地形变化剧烈区域偏差较大,且难以通过系统修正得以改善。在实际地形测量中建议采用SfM法与传统测针法相结合,测针法可重点对床面变化较为剧烈处开展测量,弥补SfM法对局部地形测量存在的不足。     

河工模型试验量测新技术的开发及应用

量测技术水平是决定河工模型试验成果质量的关键因素之一。为此,介绍了近期在河工模型断面板制作、河势与流场观测、动床地形三维测量方面的研发成果,包括:提出了基于文本编辑的自动断面板脚本绘制方法,同时结合激光切割机的应用,解决了人工绘制断面板费时费力、数控雕刻机成本高和一般科研人员难以使用等问题;将无人机航拍技术应用于实验室河工模型试验流态、河势和流场观测,与常规固定式摄像机相结合,为试验成果的进一步分析提供了独特视角和丰富、可靠的参考信息;将运动结构恢复三维地形重建技术应用于河工模型冲淤地形测量中,并结合河工模型试验冲淤地形的特点提出具体应用方法。