基于断面几何标准的平滩水位估算方法对比

平滩流量是主槽过流能力的一个重要指标,常作为造床流量评价水流造床能力和河道排洪输沙能力,而平滩水位的估算是确定平滩流量的关键。本文根据花园口断面的复杂形态,对比分析了用于估算平滩水位的地貌标准和断面几何标准,进一步分析有效河宽对不同的平滩水位估算方法(WOL、WIL、RIL和B/H)的影响,以及花园口平滩水位在50年内的变化发展。由分析可知,对于估算花园口断面的平滩水位,在确定过水断面范围后,仍然需要增加有效河宽的限制。其中,WIL和RIL方法对于有效河宽的变化不敏感,而WOL和B/H方法估算的平滩水位随有效河宽的缩窄而增高。估算的花园口平滩水位中,WIL方法的平滩水位偏高,尤其是1980年以后;WOL方法和B/H方法在各个断面估算的平滩水位最为接近,且整体偏低。     

河口水动力与河床形态关系的研究

按造床流量的定义,分别对潮汐河口各种频率的涨、落潮输沙大小进行了对比计算,得出包括年平均迳流的年平均落潮流量的造床作用为最大,故以落潮流量作为河口的造床流量较合理。潮汐河口可分为一般河口和有涌潮的河口两种类型,一般河口的断面特征取决于平均落潮流量和平均含沙量。而有涌潮的河口,其河宽决定于平均涨潮流量,相应的水深、纵向河宽放宽率、河床比降则与涨、落潮流量和含沙量都有关。为此本文建立了一系列河口动力与河床形态间的经验河相关系式,对浙江省的五条主要河口的断面特征(半潮面积、河宽、水深)、宽深比、纵向河宽放宽率、面积放大率、纵向河床底坡、弯道特征均进行了验证,其平均误差在10%以内,90%点据误差小于20%,其中断面与落潮流量关系式经一定的转换后,表明许多稳定河口的断面面积即为临界起动流速所要求的断面。     

曼宁公式中以平均水深代替水力半径的流量计算误差

利用比降及断面资料采用曼宁公式推求流量时。经常用断面平均水深代替水力半径,给计算的流量成果带来一定的误差。通过对不同形状断面的流量计算的误差分析,参照《水文资料整编规范》给出的水位流量关系水力固素法定线指标——系统误差不超过2%的规定,给出了不同断面形状可采用断面平均水深代替水力半径进行流量计算的最小宽深比。     

三峡水库蓄水对长江中下游航道影响分析

三峡水库蓄水改变了长江中下游水沙条件,进而影响洲滩演变,两者均会对航道产生影响。基于实测资料分析表明:三峡建库后,水沙过程变化有利于航道条件好转,具体表现为,最小流量增加、最枯水位抬高,浅滩冲刷时间延长,沙量减少加快浅滩冲刷,增加了航槽水深;三峡建库后,崩岸、切滩更为频繁,低滩呈较为明显的萎缩趋势,但并非所有的洲滩变形均会导致水道碍航,只有当归槽河宽超过某一临界河宽时,洲滩变形才有可能导致浅滩碍航,长江中下游临界归槽河宽为900~1900m,随设计水位及航道尺度不同而有所变化。     

同侧竖缝式鱼道水力特性及放鱼试验研究

本文在大比尺鱼道模型中对同侧竖缝式鱼道的水力特性进行了系统的试验研究,并做了放鱼试验。选择了5组典型流量,对每一组流量系统地实测了13h(h为相应流量的水深)平面、12h平面及23h平面各断面(x=0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100cm)的流速分布,分析了同侧竖缝式鱼道的流速分布形态、无量纲流速分布特征、断面最大流速沿程衰减情况、同一水深不同流量的流速分布。通过放鱼试验,考察了鱼类对不同流量的响应情况,提出同侧竖缝式鱼道的不足及其改进措施。     

对计算河道最小生态流量湿周法的改进研究

在分析湿周法基本理论的基础上,探讨了湿周法确定河道最小生态流量的计算步骤.研究分析了几种典型河槽几何断面的湿周流量关系,采用斜率为l法和曲率最大法来确定湿周流量关系曲线上变化点所对应的最小生态流量.以长江中下游河道计算为例,分别选取长江中下游的宜昌、汉口水文站作为控制断面,对长江中下游河道最小生态流量进行了研究,并利用Tennant法对计算结果进行了分析评价.结果表明,曲率最大法确定准则计算结果合理,而采用斜率为l法确定准则计算结果则偏大.最后确定宜昌、汉口站断面的最小生态流量为2315m3/s、3124m3/s,分别占多年平均天然流量的16.7%、13.8%.该研究表明改进湿周法用于长江中下游河道最小生态流量研究是可行的.     

长江下游崩岸预警模型水动力指标阈值研究北大核心CSCD

长江下游河道崩岸灾害频发,多指标崩岸预警模型是基于层次分析法建立的岸坡稳定性评价方法。水动力作为关键影响因素,对于其指标阈值的确定缺少理论和系统的研究。本研究基于理论推导、数模计算和统计方法,确定了对应不同风险等级岸坡稳定性的水动力预警指标阈值,具体包括造床流量当量、近岸流速、水位变幅和汊道分流比变化率等指标。其中造床流量当量和水位变幅指标阈值确定考虑了感潮河段潮流参与造床和周期性潮位波动的作用。近岸流速指标引入了河床稳定性计算公式。汊道分流比变化率指标阈值计算区分了主支汊,得出当变化率大于8%时,主汊岸坡处于不稳定状态。研究结果可支撑长江下游多指标崩岸预警模型的建立,并应用于崩岸灾害防治。     

田间简易平底短喉道量水槽水力性能初探

灌区量水是灌区用水管理的关键技术之一。目前灌区量水设备种类繁多,但能用于田间的量水设备较缺乏。标准巴歇尔量水槽量水精度高,但形状复杂且造价较高,本文在其基础上设计制作了一种形状简单、成本低、便于携带和田间安装的田间简易平底短喉道量水槽,量水槽喉口宽度51 mm、长度774 mm,单槽适用流量范围大致为6~20 L/s,双槽适用流量范围可达36 L/s。试验通过对16种流量下量水槽内11个控制断面的水位进行观测与分析,拟合得到自由出流条件下上游水深与流量公式,与实测流量比较,平均相对误差为-0.11%,最大相对误差为7.06%;从水力学角度分析了不同流量下佛汝德数、断面比能沿槽身各控制断面的变化规律,确定该量水槽临界水深断面位于喉口段的中部偏后段,从而确定该量水槽的喉口段长度适宜。     

梯形喉口无喉道量水槽水力性能试验研究

为探究梯形喉口无喉道量水槽在末级梯形渠道量水中的适用性,本文根据梯形渠道断面几何特性,设计了一种新型的梯形喉口无喉道量水槽。通过对梯形渠道上喉口收缩率范围为0.4~0.7的梯形喉口无喉道量水槽分别在12种流量(15~72 L/s)共48种自由出流工况下进行水力性能试验,观测了15个控制断面的水深,得到了水面线的变化规律。通过对过槽流量与收缩率、上游水位等之间的相关性分析,拟合得出流量公式,并对佛汝德数沿程变化规律,上游壅水情况,量水精度以及水头损失进行了分析。结果表明:在自由出流条件下,喉口收缩率超过0.6时,流量小于16 L/s时未形成临界流;实测流量与计算流量之间最大相对误差为9.15%,喉口收缩率范围在0.4~0.6时最大相对误差则为4.79%;上游壅水高度最大为6.06 cm,喉口收缩率范围为0.5~0.7时,上游壅水高度最大为3.15 cm(小于5 cm);水头损失最大为占上游总水头的20%,当喉口收缩率范围为0.5~0.7时,水头损失平均为占上游总水头的4%左右(比相同收缩率时矩形喉口量水槽水头损失小)。综合分析表明,梯形喉口无喉道量水槽的喉口收缩率为0.5~0.6时适合末级梯形渠道量水,该研究为梯形喉口无喉道量水槽进一步在我国北方末级梯形渠系应用提供参考。     

基于DEM数据的河道水动力过程数值模拟

河道横断面形状数据是应用数值模型模拟水动力过程必不可少的基础数据之一,然而在我国很多河道缺少断面数据,若进行野外补充测量,须要耗费大量的人力、物力,而且耗时较久。数字高程模型(DEM)数据可以免费下载,获取途径方便,但若直接通过DEM获取断面数据存在两个问题,即水面上数据不精确和无法得到水下地形,就此,作者对获得的DEM数据进行校正以获取河道水面以上断面数据,同时本文首次提出采用三次样条对水面以上数据插值得到水面以下断面数据,从而合成完整的河道断面。将所得断面与实测断面同时代入一维水动力和水质模型THU-River1H进行模拟计算,两者模拟得到的流量和水位过程均吻合良好。本文证明了当径流流量较大或水位较高时,若缺少河道横断面数据,可将基于DEM获取的河道断面代替实测断面进行一维水动力计算,所得结果具有较高的可信度。     

黑龙江流域分布式水文模型研究

黑龙江是高纬度寒区界河,防洪问题突出,模型研究较少.本文建立黑龙江流域空间信息库,构建了基于物理机制的黑龙江流域分布式水文模型GBHM-HLJ.其中引入冻土导水率随冻融期温度指数型变化的概化模型,模拟土壤冻融循环对水分运移的影响.率定期和验证期10个主要站点日均流量模拟的Nash-Sutcliffe效率系数均在0.73...     

河道分洪溃口特性分析及流量估算方法

着重讨论分洪溃口特征和分洪溃口发生及变化的过程；提出两种流量过程的估算方法，即：水力学方法和水文学方法。通过比较，得出以水文学方法应用的效果为佳，而水力学方法由于多种水力要素及边界条件等认知水平所限，则估算的流量过程偏差较大。     

黄河下游河道的输沙平衡关系及应用

Equilibrium sediment transport relations in terms of discharge and channel shape for the lower Yellow River were obtained by introducing the characteristics of sediment transport of the lower Yellow River into the general formulations of equilibrium sediment transport for two-phase heterogeneous flows. These relations can be used for analyzing the characteristics and trend of adjustments in longitudinal and transverse channel shapes of a channel reach in response to variations of flow and sediment load. The applicability of the equilibrium sediment transport relations was verified for adjustment of channel cross section based on the stage-discharge relation of a typical hyperconcentrated flood at the Jiahetan station in 1977, which indicates that the adjustment was not a permanent one.The proposed equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River are closely related to parameters of “equilibrium slope” and “hydraulic geometry” used in river training. Because of the adjustment of channel slope is related to cross-sectional shape, the cross-sectional parameter must be included in the “equilibrium slope”.The equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River provide a quick calculation method for various channel designs. This is very important for transport of sediment from the Yellow River to farmland using irrigation channels, deposition of sediment on floodplains using desilting channels, and reduction of sediment deposition in the lower Yellow River.     

基于水文情势分析的闸控河流生态需水调控模型研究

闸坝建设和运行必然引起河流水文情势自然状态改变,并对河流生态系统产生影响,因此,开展闸控河流生态需水调控研究对河流生态修复和改善具有重要意义。基于河流水文情势变化对河流生态系统影响分析,提出了基于水文情势需求的河流生态需水计算模式;以河流生态系统恢复为目标,综合考虑河流生态和经济社会用水需求,构建了考虑自然水流情势的闸坝生态需水调控多目标模型;采用多方案模拟技术方法,分析了不同闸坝调控方式下的河流生态需水方案。结果表明,考虑生态需水的"天然水流模式目标最大"调控方式,比经济社会用水优先的"水量分配目标最大"调控方式,对河流水文情势关键指标的改善作用更加明显,更有利于河流生态系统健康发展。     

台阶式溢洪道阶顶过流断面平均流速沿程变化研究

台阶溢洪道是目前热点的研究方向。台阶流速是重要的水力参数,为研究台阶式溢洪道阶顶过流断面平均流速水力特性规律,本文将将台阶式溢洪道流速与对应光滑溢洪道流速对比,引入台阶相对流速的概念。通过对26.57°、32.01°、38.66°和51.3°四组不同坡度,0.5m~2.0m不同台阶高度台阶式溢洪道进行试验研究,探讨了阶顶过流断面平均流速、相对流速与流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度、相对消能率之间的关系。台阶式溢洪道阶顶过流断面平均流速与流程长度、单宽流量、相对消能率呈较为复杂的曲线关系,而相对流速和这些参数表现出良好的线性关系。单宽流量、台阶尺寸、坡度对相对流速有较大影响,单宽流量大,同一流程断面相对流速小;台阶高度高、坡度大,台阶相对流速大。相对流速和相对消能率也表现为良好线性关系,同一相对消能率,单宽流量越大,相对流速越小,对水流的阻力作用减弱。     

都江堰凤栖窝河段淘淤规律研究

都江堰的运行模式从“深淘滩、低作堰”的古制到现在基本不淘淤,其根本改变具有重要的社会和经济效益。本文分析了凤栖窝河段淘淤的规律性,得出:内江河段卵石的临界起动流量为200m3/s;凤栖窝淘淤对该河段的水位流量关系没有直接的影响;卧铁断面平均河床高程的冲淤变化主要受内江流量和河段内卵石运动的影响,淘淤的持续效应不长;内江流量大于400m3/s或涨水过程中以冲刷为主,而在流量小于400m3/s或降水过程中则以淤积为主;外江闸和飞沙堰闸的运行是凤栖窝长期不淘淤的前提条件。     

基于Kalman滤波糙率反演模型的河道洪水实时预报研究

建立基于Kalman滤波理论的河道糙率反演模型。将河道不规则断面沿程概化为矩形、三角形和抛物线型断面。引入水力半径与水深的经验关系,基于圣维南方程组动量方程中惯性项与弗洛德数相关性,推求水深对糙率的偏导数,建立基于Kalman滤波理论的平原区河道糙率反演模型。选择淮河干流王家坝至鲁台子河段为例,将糙率反演模型与水动力学模型相结合进行河道洪水实时预报,并与一维水动力学模型的预报结果进行比较分析。结果表明,在预见期为6小时的实时预报中,耦合模型与原水动力学模型均取得较好的预报效果,耦合模型预报精度好于原水动力学模型,也证明了所建模型的合理性。     

弧底梯形明渠临界水深的直接计算公式

弧底梯形渠道是由底部圆弧段与上部梯形段边坡相切组成的几何断面,其临界水深方程为超越方程及高次方程不容易直接求解。该文首先引入判定水深位置的分界流量,并对其临界水深方程进行数学变换,根据迭代理论提出了无量纲水深及无量纲水面宽度的快速迭代公式,进而得到弧底梯形明渠临界水深的直接计算公式。误差分析及实例计算表明：在全部水深范围内,临界水深的最大相对误差小于0.122%,公式形式简单,计算精度高,便于工程应用。     

基于河流阻力规律的河型统计与分类

将沿程水头损失公式向天然河流推广,利用坡降、流量、流速、泥沙粒径、河流形态等一系列河相关系参数,通过资料分析、数据拟合等技术手段,得到了河流阻力规律的表达形式。将河型参数作为分类指标,反演河流阻力规律表达形式,建立了一种物理概念明确、表达简单的河型分类方法。用两条阈值曲线将整个河流系统分成单流路型、稳定多流路型、不稳定多流路型这三大类型。通过研究发现,河型分类系统中单流路型河道对河岸强度相当敏感,而多流路型河道并不直接受河岸强度影响,尤其是大宽深比的情况。在外部扰动影响下,河流类型可以发生短暂的变化,如弯曲型河道出现游荡特征,但其最终能够回到原始平衡状态类型。     

基于模糊综合评价方法的内河河网流量分配模型

内河河网水环境改善可通过水体置换实现,对于来流一定的内河河网可通过优化河网的流量分配来实现各河段水体置换。河网流量分配与河网几何特征属性存在着密切的河相关系,当河网流量发生变化,河流自动调整达到平衡后,其纵横剖面形态与流量之间就形成特定的主从变量关系,本文选取河长l、河底比降i、分汊角度а等关键几何特征属性作为流量变化的从变量,引入模糊数学理论及粗糙集理论,运用模糊综合评价法确定不同几何特征属性对河网流量分配的影响权重,用于预测内河河网各河段的流量分配。将该模型应用于福州市内河引水工程水动力环境研究,验证了所建模型的合理性,研究结果对河网配水方案规划或常规运行调度方案比选具有重要的参考价值。