三维交错沙波上的紊流特性数值模拟

为了揭示复杂河床沙波上的紊流结构特性,利用Fluent软件,基于雷诺平均N-S方程及k-ω紊流模型构建了描述三维沙波上水流运动规律的数学模型,并采用试验数据对模型进行了验证。结果表明:所采用的数值模拟模型能够良好的刻画沙波上的紊流特征,沙波的三维性是影响水流紊流结构的重要因素;相比于纵向相位差φ1,三维交错沙波的横向相位差φ_2对剪切应力与床面阻力的影响更加显著,随着φ_2增大,沙波逐渐交错,剪切应力与床面阻力均减小。     

水库运行对下游河岸潜流带水位-温度影响研究

选取浙江省新安江大坝下游尾水至富春江水库某一河段作为试验场地,实时监测同一河流剖面的河道水位、温度以及河岸水位与温度分布。通过分析侧向潜流交换流量,定量描述侧向潜流交换的空间非均质性和动态特征,刻画河岸潜流带与河道水体水位、温度之间的响应关系。结果表明:本次试验剖面上的侧向潜流交换流量变化范围为-8.36~3.87 m2/s,监测时间段内单位长度上的潜流交换量可达2.49 m2;河岸带侧向潜流区同一剖面不同观测井处的潜流流量呈线性相关,且离河道越远,潜流区水位波动振幅消减越多,响应越滞后,潜流交换流量越小;受水库下泄水流影响,河道水温日波幅很小,河岸含水层具有显著的垂向温度分层。在垂直方向上,冬季浅层河岸温度较低,深层河岸温度较高,夏季则相反,同时浅层温度梯度较大,尤以地面以下0.8~1.7 m范围内温度梯度最大,深层温度梯度小;在水平方向上,离河道越远,受河道入渗水影响越小,温度越高。揭示了水库运行对下游河岸潜流带的影响规律,为河流潜流带生态影响评估提供参考。     

基于温度时间序列分析的水库 下泄低温水入渗速度研究

用温度作为示踪剂,基于饱和多孔介质一维稳态水热运移方程,运用时间序列分析法推求入渗速度,分析该方法的适用条件和范围,以及对热力参数选取的敏感性。以浙江省新安江下游河段为例,通过分析河岸带潜流区不同深度温度传感器的温度分布曲线相位和振幅变化,研究地表水和地下水的交换特征。结果表明流速较低时,入渗速度对不同深度的振幅变化较敏感,入渗速度接近±1×10^-5 m/s时,相位差的变化对入渗速度的影响最大。监测时段内试验区的入渗速度大致为2.22×10^-5~4.39×10^-5 m/s,入渗速度的数值均为正值,即在监测时段内均为地表水补给地下水。时间序列分析法对河床冲刷和沉积较不敏感,适用于较复杂的水流条件,且在一定程度上克服热弥散度的误差。     

洪水前后新安江源区河流氮素时空分布对比研究

针对源区河流氮素时空分布规律,选择位于安徽省休宁县境内上溪口地区新安江源头段作为试验研究对象,通过野外采样、水质监测和统计分析方法,研究试验区域洪水前后各项监测指标的时空分布特征及其影响因素,揭示洪水对新安江源区河流氮素的影响。结果表明：流域水体总氮浓度沿水流路径逐渐增加;洪水后总氮、氨氮和硝氮浓度比洪水前均有所增大,洪水期雨水对流域的氮素进行了“冲刷”;相关性分析表明洪水前硝氮和总氮受植被影响较大,洪水后硝氮与汇水面积相关,总氮浓度受高程、坡度和地质等因素影响;所构建的预测模型能够较好地预测洪水前硝氮和总氮以及洪水后氨氮和硝氮的分布。     

洪水过程对垂向潜流交换作用的影响

选取洪峰和涨洪历时两个参数,利用COMSOL模拟研究了单峰洪水一个周期内河床表面压力分布变化条件下,在河道潜流区地表水与地下水进行潜流交换时,潜流交换量随时间的分布特点、示踪粒子在河床中滞留时间的变化规律以及潜流交换在潜流带深度方向的变化规律。结果表明,在单峰洪水一个周期内,涨洪历时的大小对潜流交换量和交换深度影响并不显著,但随着涨洪历时的增长,粒子滞留时间会随之增大;洪峰大小与潜流交换总量、交换深度均呈线性关系,即洪峰越大,潜流交换量越大,潜流交换深度也越大;随着洪峰的增大,粒子滞留时间也会随之增大。     

冻结粉质黏土强度同温度和含水率的关系

通过对不同温度、不同含水率下的人工冻结粉质黏土单轴无侧限抗压强度试验,得出其抗压强度随冻结温度和含水率的变化规律,试验结果对冻土工程的设计和施工具有一定的参考价值。     

岩溶含水层水流模型研究进展

以岩溶含水层的复杂结构和水流运动特性为重点,简要阐述了岩溶含水层系统中物理概念和水流模型,包括等效连续介质模型、裂隙网络模型、双重介质模型、三重介质模型、连续管流耦合模型以及Darcy-Stokes耦合模型,对各模型特点及在应用中的优缺点进行了分析比较和评述,指出Darcy-Stokes耦合模型可以广泛应用于岩溶含水层的水流模拟细观研究;三重介质模型能较真实反映简单结构岩溶含水介质及岩溶水流态复杂性,应用和发展前景非常广阔。已有岩溶水流运动数学模型还不能够真正解决工程实际问题,有待进一步探索;在岩溶含水层非饱和水流运动机理、交叉岩溶裂隙水力特性、水文地质不确定性以及多场耦合数学模型研究等方面也有待进一步发展。     

基于AdH模型的美国内华达州塔基河洪水数值模拟

以美国内华达州塔基河为例,基于AdH模型建立了覆盖主槽和洪泛区的有限元数值模型,选取四种不同频率的洪水事件作为基础资料并对其洪水过程进行了模拟分析,探讨了输入参数对模拟结果的影响,并对AdH模型进行了率定和验证,进而分析了淹没面积和淹没体积与流量的关系。结果表明,主槽糙率系数的选取对洪水模拟结果的影响相对于洪泛区而言更为显著,是模型率定时应优先调整的参数;AdH模型完全可以再现洪水发展—消退的全过程,是一种有效的洪水预报模型;淹没面积和淹没体积与流量间的关系具有明显的反绳套规律。     

河道低温水对地表水-地下水交错带温度的影响

利用饱和多孔介质水热耦合运移数学模型,分析了流入河道的水库下泄低温水水位和水温对地表水-地下水交错带温度场的影响规律。研究表明:在低温水下渗过程中,水热运移以热对流作用占主导,热传导、热弥散等作用较弱;河道水位升降明显决定着受影响的温度场区域范围大小;河道水温高低主要影响温度场各点温度的变化幅度。