墩柱壅水数值模拟研究

紊动黏性系数是墩柱壅水数值模拟中的重要参数,在现有利用水动力数学模型分析墩柱壅水的研究中,对紊动黏性系数取值规律的研究仍然不足。首先设计壅水物理模型试验实测墩柱壅水,然后采用二维水动力数学模型模拟墩柱壅水,分析几种紊动黏性系数取值方法对壅水高度的影响及敏感性。结果表明,E取常值,按Peclet数取值,按Smagorinsky方程取值,均可以成功进行壅水计算,但3种紊动黏性系数取值方法与壅水高度的作用规律各不相同。     

桥墩壅水特性试验研究

由能量方程导出出壅水计算公式，通过概化模型试验，重点分析了桥墩形状及阻水比等影响壅水系数的基本因素。对斜交桥墩及桩式排架等不同工程布置的壅水信息，提出并讨论未系数的修正春影响因素。     

南水北调中线干渠桥墩壅水计算公式的选择

南水北调中线工程沿线布置数百座桥梁,桥墩壅水对渠道的过流能力和渠道的水面线具有一定的影响,因此,准确计算桥墩壅水对于水面线的计算和输水渠道的设计具有十分重要的作用。以典型的圆柱型桥墩为研究对象,采用VOF方法对桥墩周围的紊流场进行了数值模拟,并计算了给定水深、流量和桥墩阻水比等条件下桥墩的壅水大小,通过与一维经验公式计算结果的对比,建议选择无坎宽顶堰公式作为桥墩壅水计算公式。最后,在南水北调中线干线一维数值仿真平台上分析了所有桥梁的壅水效应对渠首水位的影响。     

桥梁壅水计算公式分析

推算桥梁阻水引起的水位壅高变化,是进行防洪评价计算的重要内容,针对目前常采用的4种桥梁壅水计算经验公式进行对比分析。     

壅水情况下非均匀流糙率系数研究

非均匀流的水力特性不同于均匀流,水力特性的变化有可能引起糙率的变化。本文采用数值模拟的方法,运用立面二维数学模型对壅水情况下的明渠非均匀流进行模拟,研究非均匀流情况下水力特性和糙率系数的关系。研究表明:壅水情况下,非均匀流能量损失沿程减小,但糙率系数却是沿程增大的。非均匀流中能量损失及糙率系数之间的这种关系是不同于均匀流的,这是非均匀流不同于均匀流的特点之一。根据数值计算结果,拟合得到了较为实用的壅水情况下明渠非均匀流糙率的计算式。将该式用于水库回水水面线计算得到的结果与采用均匀流糙率的计算结果差别较明显,说明采用非均匀流糙率进行水库回水水面线计算是必要的。     

HEC—RAS分析多种结构类型桥梁壅水相互影响的应用

一维河道水力学模型HEC—RAS3．1．2可以较准确、直观地模拟多种结构类型桥梁壅水影响和相关河段水面线变化,详细解析了RAS桥墩阻水和管涵漫水桥阻水的水力计算原理,并采用该模型对永定河京石高速辅路桥改建工程进行防洪影响评价,为今后类似分析研究工作开辟新途径。     

基于HEC-RAS模型的克什米大桥防洪评价中的壅水计算

以克什米大桥的壅水计算为例,利用HEC-RAS模型基于桥梁壅水计算的基本原理与方法模拟了100 a一遇以及10 a一遇设计洪水频率下建桥前后的河道水面线,进而求得桥梁阻水壅高值、过流面积及水流流速。通过对HEC-RAS模拟结果与Yarnell经验公式计算结果进行比较,发现水位壅高值相差不大。因此,HEC-RAS模型对于桥梁阻水壅高的计算可靠,便于分析,可在设计工作中推广应用。更多还原     

凉水河北京南站段壅水特性数值模拟研究

北京南站改扩建工程跨凉水河桥在200m长河道上共布置桥梁18座,桥梁处于河道弯道处,桥墩的阻水影响加大了水头损失,造成河渠壅水。因此,有必要对扩建工程造成凉水河壅水影响进行评价,探索河道平面形态桥间距等因素对壅水高度的影响规律,确保河流和建设工程的正常运行。本次利用平面二维k-ε双方程紊流模型,结合自由表面模拟技术,采用清华大学CREST模型,考虑凉水河现状、规划情况及桥梁设计要求,选取4个断面,按不同流量对北京南站改扩建工程对凉水河壅水影响进行评价计算。计算结果表明:200m长河道范围内出现了不同程度的壅水,桥梁壅水的累积作用明显,凸岸的壅水高度和壅水影响明显大于凹岸。研究结果对凉水河防洪所采取的措施有实际意义,对北京南站改扩建工程的设计起技术指导作用。     

梯形渠道断面平均流速与单点流速关系研究

梯形渠道以其过流能力大、输沙能力强、施工简便的特点,在灌区得到了广泛应用。对梯形渠道断面平均流速与点流速间的关系进行了试验研究,发现过水断面最大流速点在液面以下,用对数律流速分布形式和抛物线形式拟合的中垂线流速分布曲线都具有一定的误差。进一步引入尾流函数进行分析,拟合曲线交点流速值近似等于过水断面的平均流速,平均流速点位于中垂线上0.12～0.13倍水深之间。     

基于MIKE21的跨河桥梁壅水数值模拟分析

为明晰黄河上游河道桥梁壅水特性并探究数值模拟法在防洪演算中的可靠性,以宁夏回族自治区境内黄河青铜峡至石嘴山段(以下简称“青石段”)内连续7座桥梁为研究对象,运用MIKE21水动力模块构建二维水动力模型,对不同洪水频率下桥梁壅水特性进行数值模拟与对比分析。结果表明：在对二维水动力模型率定与验证的过程中,模拟值与实测值相对误差均小于5%,边界约束条件与河道糙率均经率定分析后取值;随着洪峰流量的减小,河道流速降低,桥墩壅水值在0.10～0.28 m水位范围内波动,对比模型模拟结果与经验公式计算结果,Henderson公式计算值与二维模型模拟值更为接近且变化趋势较一致,而陆浩公式计算结果相对偏大。本研究可为跨河建筑物壅水特性影响分析与河道防洪演算提供经验参考和理论依据。     

宝鸡峡渠道测流断面流速关系分析

本文以林家村水文站为例,分析了宝鸡峡渠道测流断面流速系数,探讨了水面流速与断面平均流速的关系,为提高宝鸡峡渠道流量测验精度,简化测验方法,实现渠道水位流量的自动化监测奠定了基础。     

跨河桥防洪壅水计算及关键因素分析

跨河桥引起的水位壅高是重要的洪水灾害风险因素之一,而目前关于各种壅水计算方法的准确性还众说不一。重点针对壅水计算的我国经验公式和一维水面线能量方程,研究影响计算精度的关键问题。对各方法的基本原理、关键影响因素及处理方式作了理论分析,并基于工程案例测试了局部损失系数和弗劳德数等的影响。研究发现：桥孔水流收缩和扩大系数应取随断面流量压缩比增大的值;弗劳德数小于0.4且流量压缩比小于0.3的情况下,两种方法计算的壅水高度偏差比较小;我国经验公式的经验系数与压缩比有明确的定量关系,但有必要进一步细化;弗劳德数大于0.3时,我国经验公式可能会低估壅水高度。研究认为,通过正确分析适用条件、合理定量经验参数,这两种方法在壅水计算中可达到较好的精度,且便于工程应用。     

南水北调中线工程桥墩壅水特性研究

南水北调中线总干渠沿线设有阻水的槽墩、桥墩1 145座,合理分析槽墩、桥墩的壅水大小,对于准确复核总干渠水面线、分析渠道输水能力具有十分重要的意义。本文利用Flow3D软件模拟了南水北调中线工程中常见的圆柱型桥墩的壅水特性,计算体型包括单排、双排和三排桥墩,桥墩的阻水比为5.0%~7.14%。分析表明,单排桥墩壅水的数值模拟结果与Yarnell修正公式计算结果相近;多排桥墩联合壅水值随桥墩排数的增加而增加。     

明渠过流试验中加糙形式对断面平均流速的影响研究

糙率是水利工程设计研究中的重要影响因素,同时也是业界所关注的重要研究课题。文章通过室内模型试验的方式,对比不同加糙方式下,不同流量、不同水深时,断面平均流速的变化规律,可以为相关研究和工程设计提供一定的支持和借鉴。     

矩形断面明渠流速分布的研究及应用

通过对矩形断面明渠流速分布的理论分析与试验研究，建立了明渠沿垂线流速的分布公式和沿横向流速的乘幂函数分布公式以及相关系数的确定方法。经不同水槽、渠道流速资料的验证，表明提出的明渠流速分布律与实际分布特点一致，测点流速相对误差比较小，可以很好满足明渠流量测量的精度要求。在此基础上提出了对明渠渠道进行流速、流量连续测量的计算方法，对简化明渠测流工作量、提高明渠测流精度具有实际应用价值。     

南水北调中线总干渠桥墩壅水影响分析

桥梁建设多在天然河道进行,当桥墩阻水面积占河道过水面积的比例较小时,可以不考虑桥墩壅水影响.南水北调干渠经常高水位运行,流速低,纵坡缓,桥梁壅水可能造成上游交叉建筑物输水能力降低以及渠顶超高不足和安全度的降低等问题.现以某跨渠高速公路桥为例,以数值模拟为手段对桥墩的壅水影响进行分析,认为在缓纵坡渠道上桥墩壅水上游影响长度较大,如跨渠桥梁间距过小,可能引起连锁壅水.桥梁设计时应尽量减小桥墩数量并避免斜交.     

壅水条件下水流阻力试验研究

壅水条件下的水流阻力及输沙特性,在水利工程的应用中占有十分重要的位置。对壅水条件下河道开展概化水槽试验,采用声学多普勒测速仪ADV对水流流速进行了测量,并对壅水条件下水流阻力和床面切应力等进行了分析。结果表明壅水条件下,水流流速沿垂线分布较均匀流条件下更加均匀,当壅水程度越大时,水流流速沿垂线分布越均匀,且流速分布大致上仍服从对数率分布;壅水条件下,随着水深的增大,摩阻流速不断减小;壅水条件下河道水流阻力系数随着非均匀系数及水力半径的增大而增大;引入壅水程度指标,并拟合得到了床面切应力随壅水程度指标的变化关系式。成果可为壅水条件下水流结构特征及输沙规律的研究提供参考。     

水文站水面流速系数分析研究

从云南省水文站分布概况及其水面流速系数测验情况、分析研究方法、误差控制、分析研究成果等方面对水文站进行10 a水面流速系数测验结果分析研究。截止目前为止,云南省156个水文站有138站采用水面流速系数分析值,占全省水文站的88.5%。其分析研究结果为:属于云南境内的长江、珠江、红河、澜沧江、怒江、伊洛瓦底江流域水文站水面流速系数范围分别为0.78~1.15、0.81~1.06、0.78~1.16、0.76~1.07、0.74~0.98、0.81~0.92。     

基于GA-BP神经网络的明渠流速测点优化研究

灌区渠道流量计量大都以流速仪法测量为主,渠道断面布设较多数量的流速仪可有效保证测流精度,但也提高了测流难度。以太园泵站某段供水明渠为研究对象,基于多测线、多测点流速仪实测数据,将断面流量设定为输出、不同位置测点流速作为输入,对GA-BP神经网络模型进行训练,并将验证结果与流速面积法计算结果进行对比。结果表明,GA-BP神经网络仅需4个特定位置处测点流速可得到满足精度的计算结果,实现对明渠测点数量的优化,保证测流精度并为相关模型在渠道测流的应用提供新思路。