黄河下游平滩河槽形态与水沙搭配之关系

概括总结了对黄河下游断面几何特征与水沙关系(断面河相关系)的研究现状,基于"记忆"效应提出了几何特征与前期水沙的公式,利用1969～1996年水沙资料以及1973～1996年花园口～利津河段统测断面资料进行了统计分析,建立了花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津河段平滩几何特征与前期水沙参数的(沿程河相)关系,认为各河段断面平滩几何特征与前期(前4年)水沙搭配条件有关,前期冲淤对断面形态的影响可以通过水沙搭配来反映,边界条件对断面形态的影响可以通过水沙参数的指数来反映.     

渭河下游河段平滩流量的变化

平滩流量是河道主槽过流能力的一个重要指标,在河床演变学上具有重要意义。部分学者认为河段平滩流量更能反映整个河段的过流能力,然而,对于河段平滩流量研究范围及其影响因素的研究尚不多。本文以渭河下游咸阳-潼关河段为对象,研究河段平滩流量以及收敛长度的变化。断面平滩水位根据基于几何标准的WOL方法确定,河段平滩流量则采用收敛法估算。根据渭河下游河道长序列水沙过程的模拟分析发现,河段平滩流量与入口水沙条件呈现良好的相关关系,能很好地反应河道平滩特征的变化。同时,用于获得河段平滩流量的收敛长度与河道的冲淤变化密切相关,对实际估算河段平滩流量具有一定意义。     

平原河网地区河流水生态评价指标体系构建及应用

本文基于平原河网地区水系生态环境特征,剖析河网河流水生态评估因子内涵,构建了包含河流自然形态结构、水体质量状况、水文水动力状况、水生生物状况4个一级指标和25个二级指标在内的平原河网地区河流水生态评价指标体系,并以层次分析法确定各层级指标的权重,依据柯西分布函数确定隶属度,建立水生态状况的模糊综合评估模型,选取太湖流域望虞河进行实例应用。     

中小流量下黄河下游游荡段河床调整规律

小浪底水库运用后,进入黄河下游河道的水沙情势发生显著变化,大流量洪水频率大幅减小,中小流量洪水作用凸显。为揭示黄河下游游荡段中小流量下的演变特征,本文开展了500、1000、1500和2000 m3/s流量级下黑岗口—夹河滩段的动床物理模型试验。结果表明,垂向上,研究河段河床冲刷与淤积沿程相间分布,具有典型的游荡性河段的冲淤交替特征;横向上,中小流量下游荡段仍存在横向摆动的可能,且随着流量增大,主流弯曲系数由1.18减小至1.13,河道逐渐由蜿蜒向顺直发展;纵向上,各流量下深泓线调整趋势与冲淤量变化规律基本一致。此外,本文着重分析了河道工程与桥下河段河床的时空调整过程并运用随机模型进行了模拟。通过分析发现：时间上,河道工程附近河床垂向调整速率早期较快,之后随时间快速非线性减缓;空间上,桥下河段累积冲刷深度沿程非线性减小,空间衰减特性显著。应用表明,随机模型对典型局部河段的时空调整预测效果较好,相关系数R2可达0.74以上。本文探讨了中小流量下黄河下游典型游荡段长河段与局部的冲淤演变特征,可为未来黄河下游典型游荡性河段的河道整治与保护提供科学依据。     

南水北调西线一期工程调水对黄河流域影响分析

基于复杂适应系统理论,对水资源系统进行分析。以水资源的配置和利用为主线,根据复杂适应理论的受限生成过程建模要素和步骤,构建宏观经济水资源综合模型。通过模型框架,将水资源系统中的宏观经济子系统和水资源子系统相互作用通过内生变量联接起来,分析南水北调西线工程对黄河流域受水区的影响,得到黄河流域二级区不同配水方案相对于无调水情况的GDP变化、单方水效益、入海水量和主要断面流量过程变化等。     

湘江下游流域-河网-枢纽的水文水动力模拟北大核心CSCD

应用自主开发的集成模型搭建了考虑长沙航电枢纽高频调度的湘江下游流域-河网系统水文水动力计算系统,采用区域2016—2021年80余站高频监测(1次/5~60 min)、30 m精度土地利用和详细河道水下地形等数据对模型进行配置、检验和验证,对比计算有、无枢纽调度下的河网水动力和淹没差异。结果表明:水位流量计算值与高频实测值吻合优良,在湘潭、朗梨等站的纳什系数大于0.91;调度造成回水区枯水期水位抬升和流速降低,改变了河网水位和流量小尺度波动节律,在浏阳河等支流下游局部时段出现反向流动;计算出了1%、50%、99%等来流频率下河网水位和流速分布,调度增加了上游干支流回水区心滩、边滩的平、枯季淹没频率。本研究为科学评估枢纽高频调度对上下游河网水动力影响提供依据。     

三峡水库建成后对长江中下游江湖水沙关系变化趋势初探Ⅰ:大型河网水沙数模的建立与验证

对于天然河道的数学模拟计算中,特别是长江中下游的干支流、洞庭湖区等,会出现较多分流、汇流、分流比未知的分汉河段,形成水流顺逆不定、复杂多变的河网,为此,本文在用四点带权隐式差分求解非恒定流的基础上,通过消元、转换,建立了河网水沙数学模型.该模型既可解决复杂的河网水流计算问题,亦适用于长河段、长时段的较复杂的天然河道水流计算问题.通过对长江中下游千支流洪水过程的模拟,水位、流量、输沙量及洪水过程与实测值相比均在误差范围内,说明该数学模型合理可行,可扩展应用.计算迅捷简便,应用性强.     

锅炉集箱系统并联管组流量不均匀性与热负荷间的关系

锅炉集箱系统设计结构的多样性,使得其中受热并联管组内流体的流动特性也趋于复杂化。确保并联管组内的流体具有良好的流动特性是集箱系统安全运行的保证。通过创建一种集箱系统的水动力特性分析模型,研究热负荷分布不均匀性对并联管组流量分配不均匀性的影响,并对其变化关系式进行了理论推导,同时给出分析实例。分析结果表明：在单相状态或摩擦阻力校正系数可视为常数的汽水两相状态下,集箱系统内各并联管的分配流量与其平均密度间总体上呈二次函数变化关系,且单相水和两相状态下并联管的分配流量随其热负荷的增加而增加,单相蒸汽状态下并联管的分配流量随其热负荷的增加而减小。     

基于变分理论的压力管道内水体弹性模型研究

在水电站水机电系统振动特性和稳定性研究中,需要采用不同阶数的弹性模型来描述不同长度的压力管道内水体的动态特性,常用的刚性模型或不易解耦的低阶弹性模型在应用上存在一定的局限性。基于泛函变分理论和Ritz-Galerkin近似,从水力振动的基本方程出发,推导出适合于水电站稳定性分析和输水系统振动特性研究、并易于解耦的压力管道内水体弹性模型,该模型以压力管道内水体的各阶振荡流量为状态变量,能较准确反映相应的各阶振荡特性。     

某电厂汽包锅炉过热器顶棚管联箱结构优化研究EI北大核心CSCD

针对某电厂锅炉顶棚过热器频繁爆管现象,建立了与现场实际相同的几何模型,采用计算流体动力学方法对联箱内部流动情况进行数值研究。研究发现联箱三通附近由于静压分布异常,导致引入管周边的分支管静压较低,流量分配相对减少,发生传热恶化,进而发生爆管。该文提出优化的几何结构,通过对特定分支管引出方向进行调整,显著提升了并联分支管流量分配的均匀性,为电站锅炉分配联箱设计和结构优化提供一定的参考。     

感潮河网调水过程的数值模拟研究

利用外河潮位和内河水位涨落落差进行内陆河网引清调水和防洪排涝，是改善感潮河网水环境、保障当地供水安全和提高防灾减灾能力的一种有效途径。本文根据Saint-Venant方程组和Preissmann加权四点隐式有限差分格式建立了感潮河网调水数学模型，该模型应用于浦东新区河网调水过程模拟的结果表明，其计算速度快、精度也较高，可对感潮河网调水水流时空变化过程、闸门开启过程引排水流量以及调水过程引排水总量进行模拟和计算。结合计算智能方法进一步讨论了调水过程外河潮位实时预报、感潮水闸流量的计算和调水模型河网糙率的反演问题。感潮河网调水过程数学模型的研究可以为平原河网地区水资源的智能监控提供支撑平台。     

一维河网模型断流问题研究

在枯水季节的河网中,常常存在断流的问题。为了计算河网区域水沙数学中断流对分流量以及冲淤量的影响,本文提出了一种修正零流量法来模拟河网中的断流现象。该方法综合了虚拟断面法和零流量法的优点,可以根据断流判定条件修正汊点矩阵。这种新的断流计算方法被应用于荆江洞庭湖河网区域,模拟了三口的分流规律,并取得了较好的结果。该方法可以有效避免虚拟断面法枯水季分流量过大和零流量法易致汊点矩阵奇异。     

旋流排沙渠道体型优化的正交数值试验方法和应用

为优化多泥沙河流引水渠道内的泥沙级配,实现泥沙分选的效果,提出了一种新型旋流排沙渠道。基于数值模拟与模型试验结果,采用正交数值试验方法,以分流比与排沙洞典型断面的流速为目标函数,优化了旋流排沙渠道的关键体型参数,对比分析了体型优化前后旋流排沙渠道的水沙特性。结果表明,正交数值试验设计能有效提升结构的优化效率,获得具有良好性能的旋流排沙渠道。当渠道来流量为30 L·s^-1时,优化体型的排沙耗水量较原体型减小21.5%,分流比减小4.6%,排沙洞出口断面最大流速增大10.8%,水流的挟沙能力增强,在排沙洞内形成更有利于泥沙运动的旋转水流条件;体型优化前后的旋流排沙渠道对粒径为0.075～3.0 mm泥沙的总体截沙率分别高达90%和88%,表明旋流排沙渠道具有良好的排沙特性,且优化体型排沙洞内的泥沙淤积量较原体型减小61.8%。本成果可为这种新型旋流排沙渠道体型优化和其在引水渠道等工程中的应用提供参考。     

小浪底水库拦沙期黄河引水对河道泥沙输移影响机理探讨

影响河道泥沙输移效率的因素众多,如水沙协调性、泥沙组成、引水规模、河道形态等。引水对河道泥沙输移会造成增淤或减淤,其增减淤量随水沙条件、分流比、河道边界等因素而变化,本文从黄河泥沙输移规律出发,探讨了不同水沙和冲淤条件下,引水规模对黄河冲积性河道泥沙冲淤调整的影响,量化了增(减)淤判数与分流比、泥沙输移比之间的关系。成果对黄河引水方案的科学制定及引水工程的运行调度具有参考价值。     

基于PIV技术的明槽交汇区流场试验研究

明槽交汇水流存在于很多水力系统中,交汇区水流结构十分复杂,对干、支流交汇流场的研究具有重要意义。研究采用能突破空间单点流速测量局限的PIV技术,观测不同汇流比条件下非对称型交汇明槽的三维水流结构,分析交汇区流场的演变规律。试验结果表明,交汇口上游的水面比降随汇流比的增大而减小,交汇口处及下游合流掺混区水面比降随汇流比的增大而增大。交汇口上游各断面垂线时均流速随汇流比的增大而增大,各断面时均流速随汇流比的增加而受到顶托效应的影响越大,交汇口各断面垂线的时均流速随汇流比的减小而减小,分离区随汇流比的减小而增加。PIV技术能良好的观测交汇区水流结构,可应用于明槽交汇区的流场试验研究。     

流量非恒定性对河道演变影响机理的研究

河流流量在自然条件下大多都有一定的非恒定特性,它是河道演变的重要动力因素。为了增加流量非恒定性对河道演变规律的认识,课题开展了概化的物理模型河流试验,对不同流量过程作用下河道地形的变化进行了精细测量。模型试验包括三个组次:恒定流量试验、突变流量试验和渐变流量试验。突变流量试验和渐变流量试验的结果以恒定流量试验作为参考进行对比分析。试验结果表明:1在上游斜道和二次流作用下河道发展出滩槽结构,浅滩包括两个部分,滩面较高的部分起到导流的作用,使得水流主流蜿蜒向前,并保护了滩面较低的浅滩不受主流侵蚀作用;2流量的非恒定特性使得原有的滩槽结构不断破坏,岸滩变得平整,主流变浅;3具有较大流量波动强度(均方差)的流量过程具有更强的岸滩冲刷能力,使得河道展宽增加。     

基于河流阻力参数与活动指标的河型判别法

冲积河流在行进过程中受阻力作用,河道断面形态及平面形状参数将作调整,以适应不同的水沙条件,并趋向河流的相对平衡状态,由此导致不同河型的产生。决定河型两个主要因素：一个是水流推动力,一个是河流活动性。河流水流所受到的阻力与河流水流推力,是一个问题的两个方面,是作用力与反作用力。基于河流阻力规律,考虑植被对河岸强度的影响,通过引入河床与河岸活动指标构成的河流活动指标,分析得到了表征河型变化的判别标准曲线,经模型小河资料和天然河流资料检验发现,提出的河型判定参数能够很好地区分河型类别。     

特征流量级对窜沟形成和发展影响的数值研究

分汊河道心滩常常出现窜沟,使滩体活动性变强,影响河势稳定。窜沟的形成与发展主要是对不断变化的径流流量的综合响应,为了探究窜沟对于不同流量级径流响应的敏感程度,基于平面二维水沙耦合数值模型,研究不同流量级条件下初始为完整高大心滩的冲淤过程,数值再现了窜沟的形成和发展。研究表明,窜沟的形成与发展和特征流量紧密相关：①流量较小、水流不能漫滩时,水流走心滩左右两汊的主槽,窜沟无法生成;②中等流量、水流能漫滩,但滩面水深较小时,左右两槽水流交换在低洼的滩面发生,冲刷生成窜沟;③在大流量下,心滩基本没于水下,左右两槽水流交换减弱,没有窜沟生成。研究结果还显示,在不同的特征流量下,窜沟发生的位置会有摆动,且窜沟生成和发育的特征流量的量级在一定程度上取决于滩体的平面形态。在分汊河道心滩滩体稳定性研究方面,方法及结论具有参考价值。     

特约文章：黄河水沙变化与治理方略研究

The key problem in the management of the Yellow River stems from its distinct characteristic, namely the insufficient runoff and excessive sediment loads lacking sufficient coordination, which causes complexity and difficulty in management. This paper examines the changes in runoff and sediment loads of this river and its characteristics of fluvial process in recent decades, based on a review of its management history. Then, we describe a strategic thinking of river management that would be effective in the existing water and sediment condition of the river to cope with its various new features, such as sharp decline in runoff and sediment loads, river channel shrinkage, intensified ‘secondary suspended river’, and increasingly prominent contradiction between floodplain reclamation and river harnessing. Our strategy in managing the Yellow River is to regulate its relation between water and sediment and improve the lower channel, under which several engineering measures should be adopted: construct a river regulation system for water and sediment control, reconstruct and maintain the primary channel with sufficient water and sediment transport capacity, lower the Tongguan elevation in the middle reach, improve the river channel in the lower reach, and stabilize the flow paths in the river mouth. The strategy and measures would provide a useful support for comprehensive management of the Yellow River.