江河泥沙灾害形成机理及其防治研究

一、主要研究内容 该项目主要以黄河和长江等流域为例,研究大江大河泥沙灾害的形成机理以及相应的防治措施.整个项目分为6个课题.     

PIV流场量测中图像变形的修正

在用PIV技术测量流速场时，会因图像的几何变形而引起计算的误差。本文试验标定了不同型号的摄像系统的变形误差，论证了图像几何变形的特性，并提出了相应的校正公式，推荐的系统配置经校正后的图像几何变形误差小于0．4个象素。     

三维粒子示踪测速技术的开发及初步应用

开发的单颗粒三维运动轨迹测量系统的硬件由四部摄像机、一台PC机和内置的图像卡组成。软件系统包括4路图像实时同步采集、图像二值化和聚合程序，坐标校正和转换，以及各统计参数的计算公式。系统标定的空间误差小于0.3mm，速度误差约为1.0mm/s。开发的颗粒三维运动测量系统在测量颗粒运动更长的轨迹、实现较高的采样频率和保证每个摄像机的高分辨率、只进行一次标定而进行各种水力坡度的试验及实现极大样本的采集等方面都取得了明显的进展，为研究颗粒运动的基本规律提供了新的方法。试验可以得出颗粒三维运动的瞬时速度，初步试验得出颗粒的纵向平均速度遵循对数分布，颗粒速度小于相应水流的运动速度。     

流域三维虚拟仿真平台研究

流域三维仿真是流域数字化的重要组成部分,要开发基于流域的虚拟仿真平台,需要妥善解决海量信息的存储共享与多种功能模块间的集成问题。本文将平台集成开发划分为三维可视化、数学模型计算和数据库三个功能模块。以都江堰为例,讨论了平台开发的总体框架和系统数据库,重点探讨了三维可视化与数学模型计算及数据库之间信息集成和交互的关键技术。     

应用数字图象技术研究卵石的几何形态

通过数字图像处理技术，可以得到卵石的特征直径、扁平指标、三轴形状参数和圆度系数等几何参数，为研究河床卵石的几何形态提供了新手段。应用该技术对嘉陵江卵石形态的研究表明，卵石扁平指标沿程减小，球度系数沿程增大。根据c/b和b/a对卵石进行了分类，卵石在上游以盘形和棱形为主，在下游则以球形为主。研究成果有利于深入了解卵石推移质的运动机理。     

流场实时测量中示踪球性能的研究

在基于颗粒示踪和图像处理方法的流场实时测量中，示踪颗粒的性能对流速测量的精度影响很大。为此，设计了一种半球形带沿的颗粒，其淹没深度较小，可以适用于较浅的水流条件，并通过试验研究了其分散性和跟随性。从试验结果可以看出，这种颗粒在运动过程中基本不会聚积成团，其运动速度达到稳定的时间和水流流速大致成对数曲线关系。示踪球的稳定速度和碎纸屑基本一样，可以认为这种颗粒能代表当地水流的运动速度。     

图像处理技术及其在泥沙运动研究中的应用

总结了在悬移质泥沙运动特性试验研究中常用的量测手段，介绍了图像处理技术的基本原理和系统的组成，针对图像处理中的几个具体问题，特别是光片厚度和粒子浓度的选择，结合实践经验进行了讨论．利用开发的颗粒示踪与图像处理系统，对明槽悬移质颗粒的运动特性进行了量测．实践表明，图像处理技术为悬移质颗粒运动特性的研究提供了有力的手段．