干支流交汇河段水流泥沙特性研究综述

水流交汇现象普遍存在于自然界和人类工程的多种水力系统中,交汇河段水流泥沙特性的研究对防洪规划、航运交通和生态环境等均具有重要意义。从流场分区、水面形态、螺旋流、水流结构、能量损失及泥沙特性等方面较为系统地总结了近70年来干支流交汇河段水流泥沙特性的研究成果,并对未来发展前景进行了展望。     

水流交汇区的水动力学特性数值模拟

为开展水流交汇区污染物浓度分布研究,进行水流交汇区水动力学特性的数值模拟,建立适用于水流交汇区的水气两相流数学模型。模型采用Weber试验数据进行验证,验证结果表明模型模拟的自由水面、流场与试验结果吻合较好。针对交汇区浓度分布试验的研究需要,模拟分析了不同交汇角、流量比和动量比对交汇区水动力学特性的影响。研究结果表明:分离区的范围随交汇角、流量比和动量比的减小而逐渐缩小直至分离区消失,交汇角、流量比和动量比越小,交汇口上游水位的壅高及分离区内水位的下降程度越不明显。     

斜接型交汇河段水流特性试验及数值模拟研究

以新疆塔里木河段复杂的干支流分布为背景,对交汇角度为45°的斜接型交汇水流进行试验研究,分析得到在交汇角度为45°,模型尺寸大小、地形条件相同,改变汇流比RQ时,RQ越小（即主流流量越小,支流流量越大）,流速变化范围越大,主支流混掺紊动情况越明显,分离区面积增大,主支流上游越易壅水;在汇流比、交汇角度、形体尺寸等条件不变的情况下,改变交汇区域地形,地形越复杂交汇区域紊动情况也越剧烈;在只改变主支流交汇角度的情况下,交汇角越大,越不利于下游水流顺畅,但最大流速区在交汇口下游向对岸移动,易对交汇区域岸边产生冲刷,因此在实际工程中应综合考虑现实问题来确定所要设计的交汇角度。所得数值模拟结果与物理模型试验结果吻合良好。     

Y型明渠交汇水流分离区的数值分析

针对Y型明渠交汇口的水流特性,应用三维各向异性的雷诺应力模型,采用交错网格上的有限体积法离散控制方程,用SIMPLE算法求解压力-速度场。数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好,并据此重点探讨了不同交汇角条件下交汇口分离区尺寸的变化规律,提出Y型交汇水流分离区的定义和分离区尺寸与汇流比的函数关系。     

渐变河道水流结构及局部水头损失特性研究

河宽渐变是天然河道的普遍形态特征。运用声学多普勒流速仪（ADV）测量了渐变河道模型的水流结构。试验结果表明：渐变河道形态对水流结构影响明显,在渐缩段和渐扩段产生二次环流,前者影响效应大于后者,且方向相反。基于 SMS 水动力学模型对渐变河道水流特性进行了二维数值模拟,与实测值吻合较好,并计算分析了局部水头损失系数沿程的变化规律。     

复式分汊水槽水流特性试验研究

黑龙江等平原河流水域宽广,常形成分汊河道形态,汊道两侧往往具有宽阔的河漫滩,河道成复式断面形态.为探究以黑龙江为代表的复式分汊河道水流运动特性,以流量和主槽深度作为试验变量,设计了清水冲刷的对称分汊水槽试验.试验所得水流运动特性,对预测黑龙江滩洲的演变及稳定发育提供一定的理论依据.分析表明,水流纵向、横向流速平面分布主...     

复式断面交汇水流滩槽交界水流特性试验研究

通过在室内自制水槽模型内布置网格,利用先进的声波多普勒流速仪（ADV）测取网格内各点流速。再把各点的流速数据输入软件,通过做切片云图和分析流速数据的方法,研究复式交汇河道滩槽交界水流流态及某一特征断面的剪应力分布。结果表明：滩槽交界附近存在一个流速间断面,在这个区域水流所受阻力较大;复式河道断面的平均流速与剪切应力呈线性关系。     

拟焦沙阻力特性及水流挟沙能力试验研究

为了确定实体模型中拟焦沙的有关相似条件,通过水槽试验对其阻力特性及水流挟沙能力进行了研究,结果表明:拟焦沙的糙率为0.012～0.019;含沙量小于10 kg/m3时,水流挟沙力拟合公式计算值与实测值吻合较好.     

基于洪水资源利用的干支流水量调配可行性研究——以吉林省白城市为例

干支流交汇区储水空间丰富,而干支流的水文系列常常存在差异,以吉林省白城市干支流嫩江和洮儿河为例,首先,对区域的蓄水特征及容量进行分析,确定可利用的洪水频率上限为P=5%;其次,对两河年、汛期6-10各月的丰枯特性进行分析,得出两河有27.3%的年份嫩江对洮儿河存在年径流补偿特性,50.9%的年份存在月径流补偿特性,6-10各月的径流补偿率分别0.2、0.27、0.25、0.27和0.2;再次,对汛期两河径流集中时段、峰现时间及其概率分布进行分析,得出两河存在时间补偿特性,为适时机引干流洪水资源提供参考;最后,提出洪水资源利用要因时因地制宜,结合区域蓄水特点和干支流来水特点分时段考虑,为安全高效利用洪水资源提供保障。     

壅水条件下推移质泥沙输沙率变化规律初步研究简

 壅水条件下水流结构特征及推移质泥沙输移规律问题目前尚未得到很好的解决,如天然壅水河段、水库库区壅水等条件下的泥沙输移、河床冲淤等问题,亟需这方面的理论支撑。利用理论分析、实测资料、水槽试验等方法进行对比分析首先分析不同条件下推移质输沙率变化的差异性;然后利用水槽试验观测壅水条件下非均匀流水流结构特征;最后结合天然实测资料和水槽试验资料,回归分析得出了适合在水库库区壅水河道的推移质输沙率计算公式。研究结果为当壅水程度指标β达到1.3以上时,现有各家公式已基本不能用来计算壅水条件下的推移质输沙率;利用水槽试验资料得到了相对床面切应力与壅水程度指标β的定量关系;回归分析得出壅水河道推移质输沙率计算公式可以在三峡库区河段适用。     

壅水条件下推移质泥沙输沙率变化规律初步研究

壅水条件下水流结构特征及推移质泥沙输移规律问题目前尚未得到很好的解决,如天然壅水河段、水库库区壅水等条件下的泥沙输移、河床冲淤等问题,亟需这方面的理论支撑。利用理论分析、实测资料、水槽试验等方法进行对比分析首先分析不同条件下推移质输沙率变化的差异性;然后利用水槽试验观测壅水条件下非均匀流水流结构特征;最后结合天然实测资料和水槽试验资料,回归分析得出了适合在水库库区壅水河道的推移质输沙率计算公式。研究结果为当壅水程度指标β达到1.3以上时,现有各家公式已基本不能用来计算壅水条件下的推移质输沙率;利用水槽试验资料得到了相对床面切应力与壅水程度指标β的定量关系;回归分析得出壅水河道推移质输沙率计算公式可以在三峡库区河段适用。     

金沙江下游支流河段推移质输沙率公式初探

选取金沙江下游龙川江、小江、牛栏江 3 条典型支流,对其进行水槽平衡输沙试验,并分析总结现有的推移质输沙率公式,以计算该 3 条支流的推移质输沙率。将试验成果与计算结果进行对比分析,结果表明：①从公式立论基础上看,以能量平衡为主要理论依据的公式计算值偏大;②从公式形式上看,以河段比降为主要参数的公式计算值偏大;③综合考虑各水力要素, Ackers White 公式 ,Einstein Brown 公式和长江科学院输沙曲线 , 较适用于金沙江下游支流河段的推移质输沙率的计算。     

长江干流河道水沙特性与变化趋势初步分

 建立了河道水沙量、水沙影响因子与水沙关系之间的联系,归纳了年径流量与输沙量的4类分析方法：频率统计法、适配线拟合法、相关分析法和累积曲线法。以长江干流河道控制水文站寸滩、宜昌、监利、汉口和大通1950-2005年实测数据为基础,初步分析了长江干流河道水沙特性与变化趋势。分析表明：①长江干流河道水量沿程增加、沙量沿程变化不大,沙量变化比水量变化约大10倍,水沙关系沿程减弱;②1950-2005年间,长江干流河道年径流量基本保持不变,年输沙量呈减小趋势,年均减小约1%,1990年后呈明显减小趋势,2000年后呈加速减小趋势;③上游来水来沙变化是控制葛洲坝工程和三峡工程（135m水位运用期）坝下游水沙变化及河道冲刷的主要因素,其影响大于工程的调水调沙作用。     

选矿尾砂在水流中的运动规律试验研究

选矿过程会产生大量尾砂,尾砂大部分堆放在尾矿库,而堆放在尾矿库的尾砂可能随降雨进入河道,对河流产生影响。通过在长宽高分别是23,1,0.6 m的水槽中开展试验,研究流速为0.05~0.3 m/s、投砂速率为20~315 g/min条件下的选矿尾砂在水流中的运动规律,分析尾砂扩散、淤积形态和淤积量分布、含沙量沿程分布规律。试验结果表明,尾砂进入水槽后,存在明显扩散;尾砂淤积总量占投砂总量的比例随流速增大而减小,当流速从0.05 m/s增加至0.3 m/s时,淤积比例从75%以上降至不足25%;投砂主要影响区域内含沙量沿程呈减小趋势,含沙量分布与指数公式拟合的较好,相关系数R²值约为0.9。     

水沙数学模型在线计算的初步实

利用混合语言编程、JavaScript脚本和PHP语言等技术,开创性地将河流水沙数学模型、可视化前后处理技术和计算机网络技术三者结合起来,初步实现了洪水演进、河道冲淤等水沙数学模型模拟的在线计算过程;并以长江中游下荆江藕池至监利河段为例,给出了该河段河道维护与管理在线计算平台的演示成果。     

减速流条件下床面泥沙起动试验研究

减速流在工程上称为壅水,为非均匀流的一种流态形式。减速流下的床面泥沙起动研究成果,在水利工程中有着重要的应用价值。通过该条件下的河道开展概化水槽试验,结合天然实测资料以及4家经典的起动流速公式对比分析,结果表明4家经典公式均较适用于水槽试验中的减速流条件,只是在起动粒径的选择上略有差异。根据水槽试验的成果得出选取取样标准为床面泥沙起动标准具有较好的精确性,选取d₉₅作为起动的代表粒径;并验证了减速流条件下泥沙起动大体满足希尔兹曲线;通过功率起动公式的验证,得到无量纲起动功率为0.019 1,可以将其作为床面泥沙起动的标准。     

长江科学院河流水沙数学模型研究进展与展望

自20世纪50年代末,长江科学院开始研发河流水沙数学模型,至今已有60多年不间断研发与应用历史,形成了“河流（HELIU）”系列软件。综述了长江科学院水库泥沙、河流一维、二维、（准）三维等水沙模型及其它水沙数学模型实例（包括河流水沙估算模型、河流水沙专题数模研究、引进吸收的河流水沙数学模型）,以及水沙数值模拟关键技术的研究进展。分析展望了河流水沙数学模型今后研发工作的 4 方面任务：构建模型体系、完善现有模型、拓展模型领域和研究关键技术。     

空腔回流区水沙特性的计算分析

建立了回流区水深平均平面二维水流泥沙数学模型，提出了平衡输水模式下回流区泥沙淤积计算方法；工江科学院空腔回尼沙淤积水槽试验数据，验证了回流区泥沙淤各计算方法的可行性和精度；通过数模计算分析，一方面加深了空腔回流区环流结构及含沙量分布的机理认识，另一方面研究了模型主炫对回流区水沙特性的影响。