北方河流冰期水流阻力分析

本文通过由流速分布推求冰期河道冰盖糙率系数,提出了由流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法,同时考虑冰盖影响区与河床的流速分布,确定最大流速位置,阐述了冰盖对水流的阻力是研究河道冰情演变及其运动规律的依据.并对河道冰期形成冰盖,其阻力使河道水位升高、过流能力降低、水位流量关系改变.流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法进行了分析.为北方地区基层测站的冰期测验工作提供参考.     

PIV技术在冰盖下复式断面渠道流速测量中的运用

在测定冰盖下复式断面流场、流速的模型试验中,水体中的运动粒子是重点研究对象。粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术已在水力学研究领域得到普遍应用,但该技术在冰盖下复式断面渠道模型试验的应用为国内首次。基于试验特点,设计砖砌混凝土的循环水箱,采用变频器配合水泵、流量计实现对流量的定量控制,对不同流量下不同断面的流场、流速进行测定,采用PIV技术对水体中运动的粒子的位移场进行具体分析。试验结果表明,PIV分析结果能够直观反映流场中的状态,且可以避免测量盲区,其所测的流速与多普勒超声测速仪测得值吻合较好,并给出了横向流速分布图,弥补了传统方法无法获得冰盖下的流场分布的难题。     

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。     

基于H-ADCP的河道断面多层流速测量与流量计算

河道断面流量准确、高效监测一直是水文在线监测的重点,为解决因断面流速分布数据收集难度大,指标流速公式建模困难,现有在线测流技术普遍存在流量计算误差偏大的问题,提出了一种基于H-ADCP河道断面多层流速测量方法,并结合部分流量累加法给出了测量区和盲区的流量计算公式,以及基于此法的在线测流系统技术实现过程。以南水北调中线渠首陶岔水文站测验断面为例,将基于此法的流量计算成果和走航式ADCP实测流量成果进行了误差分析。结果表明:此法构建的在线流量监测系统有较高的测量精度,时效性好,对H-ADCP流量在线监测应用推广有较好的借鉴意义。     

基于水位流速法的矩形渠道流量自动检测系统

为了提高检测精度,实现水位、流量测量的自动化,减少人力的投入,研制了流量自动检测系统。该系统以水位—流速法为基本测流原理,将水位、流速检测技术与机械传动机构结合起来。整个系统选用低功耗的16位单片机MSP430F149为控制单元,采集到的水位和流速信号经过其内部的算法可得出流量值;而且还能控制x-y直角坐标机械传动装置,可在整个矩形断面范围内自动改变流速测杆的位置,使渠道流量的测量工作自动化程度高。试验结果表明:使用该系统检测矩形断面流量具有准确性和适用性,测量结果与采用明渠超声波流量计测得的流量值相比,相对误差在±4%以内。     

大样本数据模型方法在中小河流流量测验中的应用

目前大部分中小河流采用传统流量测验方法,如流速仪法、浮标测流法、指标流速法、比降面积法等,这些方法存在投入大、测量过程耗时的问题。结合传统断面流量计算理论和最新表面流速测验技术,提出了通过表面流速、断面水位大样本数据输入,确立河道断面水位-流量关系曲线的方法。该方法可以通过少量实测中高水位、流量数据,基于大样本数据输入模型计算流量,从而快速分析河道水位-流量关系特性,拟合出水位-流量关系曲线。与传统方法相比,该方法减少了拟合水位-流量关系曲线需进行的流量测量工作量,减少了测量过程带来的误差,从而提高了测量精度。该方法的优势体现为操作简单、精度高、成本低。     

基于涡黏度模型的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解

冰盖的存在显著改变了河道水流结构,使流速垂向分布关于零切应力平抛物线面呈型。考虑到准确预测冰盖下水流流速分布是计算冰封河道流量、泥沙输移率和河床演变预估的基础,本文应用双层假定和冰盖流涡黏度模型,推导出一个物理意义明确且速度梯度连续的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解,并明确常见的冰盖流对数流速公式和双幂律流速公式的应用条件。采用水槽实测数据和原型实验数据,对比分析所提出的解析解与现有对数公式和双幂律公式的有效性和精确性,并基于本文解析解探究了纵向时均流速垂向分布对各物理特征参数的敏感性。结果表明,该解析解的流速计算值与实测值吻合较好且较现有对数公式和双幂律公式具有较高精度;雷诺数的较小变化并不会引起纵向时均流速垂向分布的较大改变,但流速分布对冰盖糙率与河床糙率的相对值比较敏感,且纵向时均流速的最大值偏向于较光滑边界一侧,该结论与以往基于k-ε湍流模型所得到的数值结果是一致的,再次证实了本文解析解的有效性。     

基于H-ADCP的河道断面流速流量测算——以马房大桥在线流量站为例

在水文在线监测中，河道断面流速的准确测量是一项重要工作，由于断面流速的数据收集难度高、指标关系方程构建困难，现有的在线测流技术中流量计算误差较大。该文以广东省北江下游马房大桥在线流量站为例，采用基于H-ADCP的河道断面流速测量方式，并进行流量计算，将流量计算结果与船载走航式ADCP的实测结果进行比较分析，得出基于H-ADCP的河道断面流速测量和流量计算具有较高的测量精度，并且具有较好的时效性，能够满足水文测报的要求。     

武定门泵站、秦淮新河泵站装置效率现场测试研究应用

正项目分析和比较了国内低扬程泵站的各种流量测试方法及设备,针对秦淮新河泵站水泵特点,研发绕流管流速流量仪,经现场安装测试,精度符合有关规程规范要求。秦淮新河及武定门泵站属于低扬程泵站,泵装置无等径直管段,无法安装工业流量计。本项目采用绕流管流速流量计,断面测流法,解决了武定门泵站、秦淮新河泵站现场测流的难点问题。武定门泵站利用进水流道装门架配绕流管,这种水工方法测流作泵站测流与既有的"进水流     

ADCP 定点测流方法应用

ADCP可进行定点测流和断面流量测量,其应用解决了水文测验中库区复杂流况测流的难题,同时也解决了北方河流冬季无法走航的问题。以靖宇核电水文站水文测验为例,着重论述了ADCP定点测流方法在库区流量测量中的成功应用。实践证明,ADCP定点测流数据可信,在复杂流况观测中比传统的机械式流速流向仪取得的测流效果更好。     

冰情影响河段测流方法研究

正确确定河道流量对于研究寒冷地区冬季河渠道的冰情具有重要意义．对于渠底坡度一定的冰情影响河道，即使流量一定，流动阻力增加引起水深增加，导致敞流期量测得到的水位～流量关系改变，需要重新考虑测流垂线上测点选择．为了减少量测时间、成本及恶劣天气条件下工作不便，通常并不细测垂线流速分布，而只施测少数几个点，同时利用垂向测点流速和平均流速之间关系估计平均流速．测点选择不当往往造成很大误差．本文在传统二点测流法基础上，推导得到用于确定垂线平均流速的任意二点测流法，并应用原型观测资料进行了验证。     

黄河万家寨水库上游段水动力特性研究

为深入研究万家寨水库上游河段冰期的冰情特征与演变规律,并为该河段的防凌减灾工作提供科学依据,依据实测的水位、流量、河道地形资料,通过HEC-RAS软件建立黄河干流万家寨水库上游坝址至头道拐段的水动力模型,模拟研究河段2013年4月—2014年3月的水动力变化过程,探究各典型时期水动力参数的时空分布特性。结果表明:(1)基于实测水位数据对模拟结果进行对比验证,模拟水位与实测水位的相对误差13%,吻合度较高,可以较好地模拟研究河段的水力要素随时间、空间的演变过程。(2)研究区域枯水期、汛期、流凌期、开河期模拟水位空间分布存在差异性。结合流量特征分析,各典型时期上下游河段的水位差与流量呈正相关关系。(3)通过分析各典型断面处的水深和流速变化过程,曹家湾河段在冰期易卡冰结坝、诱发冰凌灾害的主要原因为:该河段过水断面相对较小且水流经过此处流速明显降低。     

冰盖条件下桥墩局部冲刷研究进展

冬季,寒冷地区的河流会出现冰盖或冰塞现象。冰盖的存在使水流湿周增加,流速剖面与明流条件下完全不同,最大流速出现在河床表面和冰盖底部之间,具体位置取决于河床和冰盖的相对粗糙程度。因此,冰盖条件下桥墩局部冲刷过程不同于明流条件下的局部冲刷过程。明流条件下的桥墩局部冲刷是国内外学者研究的热点问题之一,但关于冰盖条件下桥墩局部冲刷的研究工作却非常有限。在简要回顾明流条件下桥墩局部冲刷研究成果的基础上,对冰盖条件下桥墩局部冲刷的研究成果进行了综述和讨论,并提出了今后的研究方向。     

明渠断面水流流速与边界剪切应力横向分布模型

天然河流的横断面多为由主槽和漫滩组成的复式断面,水流在这种断面中比在单一断面中受到更多因素影响,流态也更加复杂。通过将明渠横断面上微元体在水流方向的N-S控制方程沿水深积分,得出描述垂线平均流速和边界剪切应力横向分布的模型,并通过对实验数据的验证,确定了模型的实用性。     

A NEW IMPLICIT SCHEME FOR SOLVING 3-D SHALLOW WATER FLOWS

Based on the improved ADI method, this article proposes an improved implicit finite difference scheme for solving 3-D shallow water flows. The main objective is to design a numerical relation between the horizontal velocity on each layer and the depth-averaged velocity for employing the improved ADI method. With the free surface elevation and the depth-averaged velocity obtained by using essentially 2-D depth-averaged mode, the velocity profiles can be obtained easily and simultaneously. The wind-induced flows, the open channel flows due to the pressure gradient and the tidal flows in coastal waters are simulated, and the results are consistent well with the analytical solution and the field data, which shows that the present implicit scheme is stable and effective, and the established model is practical. Moreover, when only one vertical layer is specified, the present 3-D numerical model is reducea to the 2-D depth-averaged model.     

FLOW STRUCTURE IN PARTIALLY VEGETATED RECTANGULAR CHANNELS

This article discusses the transverse distributions of the depth averaged velocity and the Reynolds stress in a steady uniform flow in partially vegetated rectangular channels. The momentum equation is expressed in dimensionless form and solved to obtain the depth averaged velocity. The analytical solution of the velocity in dimensionless form shows that the depth-averaged velocity is determined by gravity and its distribution is mainly determined by the frictions due to water or vegetations. The analytical solution of the Reynolds stress is also obtained. A relationship between the second flow and the inertia is established and it is assumed that the former is proportional to the square of the depth averaged velocity. The Acoustic Doppler Velocimeter (Micro ADV) was used to measure the steady uniform flow with emergent artificial rigid vegetation. Comparisons between the measured data and the computed results show that our method does well in predicting the transverse distributions of the stream-wise velocity and the Reynolds stress in rectangular channels with partially vegetations.     

河渠分汊处流量与污染物分配

本文建立了一个深度平均的水环境全场紊流模型,将流场与浓度场耦合求解以确定流场和浓度场的分布,通过数值积分得出分流比与污染物分配比。对分汊河渠不规则边界的处理,本文提出了一种新方法:区域坐标系统法。应用上述数学模型和数值方法,本文对河渠分汊点上游存在岸边排放口时分汊河段的流场和浓度场进行了计算,并着重讨论了对称分汊情况下分汊角、排放口入射动量对汊道分流比和污染物分配比的影响。所得计算结果与作者的实验资料符合较好。在此基础上,对不对称分汊情况下流量及污染物的分配也进行了初步探讨。     

适用于明渠流及冰盖流的统一泥沙颗粒起动流速公式

为得到冰盖流条件下的非黏性泥沙起动公式,揭示冰期河道断面强烈冲淤变化的机理,基于Einstein假定,推导得到了同时适用于明渠流及冰盖流的统一的非黏性泥沙颗粒起动流速公式,所得公式与已有冰下泥沙起动流速试验数据符合良好.当冰盖糙率为0时,冰盖流泥沙颗粒起动流速公式即化为明渠流泥沙颗粒起动流速公式.应用所得公式,比较了明...     

DETERMINATION OF RESISTANCE TO FLOW IN ICECOVERED CHANNELS USING SEMI-LOGARITHMIC VELOCITY DISTRIBUTION

1.INTRODUCTIONTheformationoficecoveronflowingwatergreatlyaltersflowcharacteristics,resultinginthechangeofvelocitydistributionandtheincreaseofflowdepthincomparisonwithfreesurfaceflowwiththesamedischargeduetotheincreasedresistancecausedbyanadditionalsolidboundary.Fromengineeringpointofview,estimationofconveyingcapacityofice--coveredstreams,orcalculationofwatersurfaceprofilealongriverreachwithicecoverisveryoftenrequiredinrivermanagementinvolvingtheoperationofreservoirswhenreleasesbaseduponthe…