山区宽窄相间河道不同流量下水流结构研究

为了研究山区河流宽窄相间河段不同流量下水流结构特性,以雅安宝兴河上游河段为研究对象,概化实际河道,并建立三维水流计算模型。结果表明①小流量下,窄段上游无明显壅水现象,宽窄相间河道显现出与顺直河道相似的特性,随着流量的增加,窄段上游壅水剧烈,宽段到窄段沿程断面平均流速呈现“增加—相对稳定—骤减—相对稳定—增加”的分布规律;②受河宽、壅水和回流影响,不同流量工况下宽段横断面的水流特性分布较窄段更加复杂,且在宽段的壅水区与非壅水区流速分布规律差异亦较大;③不同流量状况下,宽段床面剪切力剧烈变化将造成卵石沿程运动的不连续性,宽段河床呈现周期性往复发展的复归性变形,从而维持了宽段河床结构的稳定,而在窄段,河道在较大的床面剪切力长期作用下,形成了与周围环境相适应的河床结构,以消耗窄段较大的水流能量,从而保护河床的稳定。     

山区宽窄相间河道平面二维水流数值模拟

针对山区河道受地质条件及河床演化的影响,其平面形态常呈现宽窄相间的渐变形态特征,采用贴体坐标法剖分正交贴体曲线网格求解域,用有限体积法离散控制方程,以SIMPLER计算程式求解耦合方程,建立山区宽窄相间河道平面二维水流数学模型。将模型计算值与宽窄相间水槽水流试验实测值及水动力学SMS软件计算结果进行比较,结果表明:该模型能够较好地模拟宽窄相间河道平面二维水流运动特性,宽窄相间河道河宽渐变将引起水深和流速的变化,在河道最窄处水深降到最低,流速最大;在河道最宽处水深达到峰值,流速最小。     

宽窄复式河道水流运动特性的试验研究

在分析水槽试验资料的基础上，首次对宽窄复式河道的滩槽过流能力、断面平均流速、垂线流速及横向分布等水流运动特性进行了研究．研究结果表明，宽窄复式河道的主槽流量随着滩槽宽度比的增大而减小，滩地流量随着滩槽宽度比的增大而增大；水流发生漫滩之后，随着水深的增加，主槽流速先减小后增加，滩地流速不断增加，二者的变化幅度与滩槽宽度比有关；在大部分区域内垂线流速偏离对数分布，主槽一般偏小，滩地偏大；垂线平均流速沿横向分布与一般复式河道相似，但滩槽流速差别减小．     

顺直型与宽窄型复式河道水沙分布规律的比较

本文在总结水槽试验资料的基础上．对顺直型及宽窄相间型复式河道的过流能力、流速及含沙量分布特性进行了比较分析。研究结果表明，两种复式河道的水沙分布具有一定的相似性，但也存在着较大的差别，并对其产生的原困进行了初步探讨。此外，通过比较滩槽流速比及滩槽流量比可以知道．宽窄复式河道的滩槽动量交换较顺直复式河道强烈。     

堆积体对上游附近河道三维流速分布影响的试验研究

堆积体的存在易对河道的水流流速产生影响。通过水槽试验,采用ADV观测堆积体附近的三维流速。通过控制流量大小,研究堆积体作用下河道三维流速沿堆积体上游临近横断面的分布规律。试验结果表明:①流量相同时,流速受堆积体形态影响。离河床越近,三维流速沿横断面的分布曲线:顺水流方向流速u的趋势线越陡,指向右岸一侧流速v和垂直河床向下流速w的峰值越向堆积体在横断面的投影线靠近。v由天然情况下趋于0的直线变成离河床越近,流速峰值越大,两岸流速越小的下抛物线。w在河床附近,曲线呈“勺子”形态,远离河床,曲线失去“勺子”形态。②随着流量增加,同一流层上,u流速增大,流速沿横向的分布越不均匀,曲线越陡。u流速方向和v流速方向的夹角θ,在离左岸(堆积体一侧)大约1/2堆积体半径时取得最小值。离左岸越远θ值越大,直至离左岸45 cm后θ才恢复天然值90°。研究成果可为河流防护和治理工作提供技术支撑。     

河道断面流速分布函数研究

本文分析了影响河流或渠道断面流速分布的因素,建立了反映水流特点和河渠断面形状的指数型流速经验分布函数,并提出了相应的参数率定方法、导出了流速预报公式．实例应用表明,本文建立的河道断面流速分布函数模拟和预报精度较高,其成果为三峡工程大江截流期龙口和导流明渠的流速预报发挥了重要作用．     

长江河道水流流速分布研究

本文简述了流速沿垂线分布的主要研究成果,在分析影响河道水流流速分布的主要因素后,从简化的雷诺方程出发。导得了适合于长江上游宽谷河段及中下游河段的二度恒定均匀明渠紊流流速分布公式。     

并排对称植被群密度对河道水流流速分布的影响

生长在天然河道中的植被群落是河流动力系统的基本组成要素,对河流水流特性产生影响.该文利用均匀玻璃纤维杆模拟刚性植株,并排对称地布置在水槽中心,并设置不同密度工况,研究并排对称植被群不同密度下河道水流流速分布特性.结果 表明:流速的沿程和横向变化均受到并排对称植被群落密度不同程度的影响,流速沿程变化规律受密度影响尤为明显...     

堆积体作用下陡坡河道流速沿程及横向分布规律

滑坡、泥石流等灾害过程,常在河流岸边形成大型堆积体,缩窄了主河道过流宽度,对主河道水流运动产生影响.通过水槽试验,研究了堆积体作用下陡坡急流河道流速沿程及横向分布规律.试验结果表明:受堆积体影响,水流流态一般可分为上游低速区、主流区、下游回流区及堆积体下游段折冲水流与隐蔽区缓流相遇而形成的斜向水跃.堆积体的壅水作用对主流区流速沿程分布影响较大,随堆积体尺度的增加,对主流流速影响增大,影响范围加大.堆积体上游段,主流流速受堆积体影响减小;急流条件下,堆积体段的过流断面束窄,过流能力降低,主流流速较天然状态有所降低,出现急、缓流过渡,堆积体末端逐步恢复至天然状态.堆积体下游临近断面流速大小与天然状态基本一致,沿横断面的流速比天然状态略有增大,对岸流速则略有降低,随堆积体规模的增加,流速横向变化幅度增大.     

含沉水植物河道水流流速特性研究

在梯形平底水槽中,用塑料草模拟了沉水植物对水流的影响。结果表明：（1）流速不同、相对植物高度不同的情况下,植物对流速的影响是不同的;（2）含沉水植物的水流垂向流速分布曲线存在一条流速分界线,在其上部流速变大,下部流速变小,流速分界线在植物冠层以上,在相对水深h／H=0．3附近;（3）两株植物叶片之间是否有交叉重叠对水流的阻碍作用是有区别的;有交叉重叠时会额外增加水流阻力;在流速分界线以下,叶片有交叉重叠时流速减小幅度较大。     

小宽深比U型弯道环流试验研究

采用多普勒超声测速仪(ADV),对小宽深比的U型弯道沿程断面上各不同垂线位置上的点进行了三维流速测量,并基于所测数据分析了主流线位置、横向流速沿垂线分布、环流结构以及环流强度等水力特性。研究结果表明:在60°断面后,水流的表层与底层主流线开始分离,形成复杂螺旋结构。水流进入弯道后,沿程各断面均形成一逆时针主环流,并且从75°断面开始,凹岸表层又出现与主环流方向相反的次生环流;环流强度最大值位置出现在弯道弯曲度1/3处附近。研究结果为进一步深入研究弯道水流紊动特性和泥沙运动提供了有效参考。     

河道中受侧壁影响的断面流速分布规律研究

断面水流流速分布是研究河道水流泥沙运动规律的基础。天然河流断面形态不同,其流速分布特性也有差别:对于比较宽浅的河道,侧壁对断面流速分布的影响较小,流速沿垂线分布梯度较大,垂线上最大流速一般位于水面,垂线平均流速沿河宽方向(横向)分布较均匀;对于较窄深的河道,侧壁对流速分布的影响较大,流速沿垂线分布较均匀,垂线上最大流速一般位于水面以下,垂线平均流速沿河宽分布梯度较大,因此,对于较窄深的河道必须考虑侧壁对流速分布的影响。本文在分析天然河道流速分布特性的基础上,从紊流的雷诺方程出发,推导获得了水流受侧壁影响的横断面流速分布公式和垂线平均流速沿河宽分布的公式。公式计算结果与水槽试验和天然河流实测流速分布资料的比较分析表明,公式能较好地反映流速沿垂线和沿横向的分布特性,具有较好的理论和实用价值。     

不同整治工程条件下赣江尾闾河网水流特性试验研究

赣江尾闾为冲积性多级分汊型河道,分为西河、东河。西河在裘家洲头,分西支和北支;东河在杨子洲头,分中支和南支。近年来人类各类活动使得赣江尾闾水文情势发生根本变化,对下游水资源利用、水生态环境等带来一系列影响。为了研究赣江尾闾综合整治工程对河段水流特性的影响,采用物理模型试验,重点分析了赣江尾闾河道在不同整治方案下的洪水位、分流比、流速分布等对河网河势的影响。试验结果表明:赣江尾闾北支控堵整治方案对各支沿程洪水位、分流比、流速分布影响较大;而南支疏浚、四支建闸的影响较小,南支疏浚后对工程河段内流速分布的影响主要在于主流线向左岸偏移,而对断面最大流速的影响较小。试验成果对优化整治工程方案具有重要参考作用。     

考虑弯道环流影响的平面二维水流泥沙数学模型

弯道环流是影响断面流速和含沙量分布的重要因素。本文提出了通过求解立面二维弯道环流运动的方法,在平面二维水流泥沙数学模型中考虑弯道环流的作用。该方法适用范围广,增加计算工作量不太大。     

复式断面河槽流速横向分布及其对滩唇形成的影响

通过对水流微小控制体进行受力分析,建立了复式断面流速横向分布模型,该模型考虑了侧向副流惯性力的影响。采用实验资料对该模型进行检验,模型计算值与实测值符合较好。运用该模型计算了不同条件下复式断面流速和挟沙力的横向分布,并定量分析了横向分布特性对滩唇形成的影响。分析表明,水流漫滩时,复式断面的横向挟沙力变幅较大,尤其是在主槽和河漫滩交界处,挟沙力减小迅速,而含沙量减小相对较小,泥沙发生淤积,容易形成滩唇。单从水流挟沙力角度考虑,水流漫滩后水深越小、滩槽的糙率差越大,越容易形成滩唇。     

串列双圆柱水流特性试验研究

通过对串列双圆柱不同间距时的流速分布进行试验分析,得知水流进入桩柱间隙区域后,正对桩柱的垂线流速分布由对数分布变为S型分布.沿横断面方向,流速改变形式十分相似,各曲线分布趋势沿水槽中心呈对称分布.对于不同间距,对水流影响不同,间距越大,桩周围流速减小幅度越小,流速改变波及面越小.本次试验的分析结果为码头工程设计提供了参考.