论水流运动的不确定性

所有的自然现象都具有不确定性,水流运动也不例外,皆源于其遵循的非线性。非恒定流问题的解对初边值条件的敏感依赖性、恒定流问题的多解性便构成了水流运动的不确定性。非恒定流是绝对的,恒定流是相对的;水流运动初边值条件的变化是不可避免的;度量误差不可能完全消除;恒定流也存在着局部非恒定性;恒定流解的性质与误差水平有关;误差水平不同,恒定流解的个数甚至解的唯一性会发生变化;实际水流运动是恒定与非恒定、确定与不确定不同程度的有机综合体;现有理论分析、物理试验和数值试验、原型观测等均显现了水流运动不确定性的存在,大数据研究方法也不能例外;有必要对水流运动不确定性理论进行明晰、深入和完善,并以此为指导进行研究,为实际工程决策提供科学依据。     

非恒定流作用下砾石推移质输移特性试验研究

基于水深与流量的变化率提出了反映水流非恒定强度的无量纲参数P。利用水槽非恒定流输沙同步测试系统试验研究了非恒定流作用下砾石推移质的输移特性。试验资料分析表明,非恒定流作用下的砾石推移质输移具有明显的随机性、间歇性与阵发性。水流的非恒定性对输沙率峰值的脉动性有影响,对P＞0.32的强非恒定流而言,若输沙率样本数少于20,将会给输沙率结果带来较大的偏差。非恒定流作用下输沙率与水流要素变化具有不同步性,并与水流非恒定强度有关。P＞0.32时,输沙率峰值一般滞后于流速峰值;当P＜0.32时,可能出现输沙率峰值先于流速峰值的现象。非恒定流作用下砾石推移质平均单宽输沙率（或输沙量）与单宽流量（或径流量）、非恒定强度参数P有关,随P的增强而加大。     

短模型上的明渠非恒定流试验

水工整体模型试验中,明渠非恒定流至今大多被简化为恒定流,而效果有时并不理想。本文指出,只要设置固定式曲线尾门,并有必要的动态量测设备,便可模拟原型非恒定流;即使模型偏短,也能得出比恒定流试验更接近原型的成果。在同一模型上,既做恒定流试验,又进行必要的非恒定流试验,二者相辅相成,必将有助于试验水平的提高。作为例证,本文介绍了泄洪调度导致航道水面波动的一项试验成果,并以岩基冲刷、通航水流条件、围堰过水、河床冲淤等研究课题为例,讨论了采用“短模型非恒定流试验方式”的必要性与可行性。     

弧形闸门开启过程非恒定流流量系数研究

为探究非恒定流流量系数特点,采用RNG k-ε紊流模型结合动网格技术对某工程Y形宽尾墩表孔弧形闸门开启过程进行了三维动态数值模拟研究,根据过闸流量滞后的特点,将闸后水流分为滞后式、过渡式和平稳式3种流态。分析了闸门开启过程中水流流态及非恒定流流量系数与闸门开启速度和溢流堰顶水头的关系,指出非恒定流流量系数随闸门开启速度的加快及堰顶水头的降低而减小,并给出不同开启速度和堰顶水头情况下适于过渡式及平稳式水流的流量系数经验公式。部分结果与试验结果进行对比,吻合良好,验证了数值方法的可靠性。     

三峡船闸下游引航道通航条件研究

三峡船闸末级闸室泄水和大坝泄洪引起下游引航道水位波动,水流往复运移。这种非恒定流影响船舶在引航道安全航行和停泊。通过物理模型试验介绍了船闸下游引航道非恒定水流特性和通航水流条件,并提出了改善通航水流条件的有效措施。     

龙滩水电站3号尾水系统过渡过程试验研究

根据水电站过渡过程物理模型相似率条件,对龙滩水电站3号尾水调压井单元系统的4种布置方案和5种试验工况进行了带模型机组(包括模型调速器)的模型试验,这种试验装置与传统的相比,试验的重复性好,开度与流量一一对应,水流的动能转换成旋转的机械能,能真实地反映原型的流态.试验内容包括恒定流水流状态与水头损失,非恒定流过程中的压力波动,调压井内水流状态及其主要控制参数等.试验研究表明,带模型机组的模型试验能较真实地反映原型的流态,试验结果可供工程设计参考.     

关于建筑排水横管水流研究的探讨

建筑排水横管中水流状态属于非恒定、非满管的气、液、固三相流 ,对其进行研究也就相对复杂。但可以先对水流进行研究 ,进而引入固体 ,将固体作为一个移动的边界条件 ,最终建立起建筑排水横管的非恒定流数学模型并可将之用于对排水横管水流的模拟和预测。     

一维圣维南方程组在非恒定流计算中的应用

天然情况下，河道水流在某河段内可能是恒定流，亦可能是非恒定流。一般地，山区性河流多视为恒定流，但在河道干支流的汇合口、河道与湖泊的交汇处、以及潮汐河段等处的水流常常为非恒定流。对于非恒定流， 用常规的水文学方法难以分析计算出河道水流的各个水文特征值，圣维南方程组则是解决此类问题的途径之一。运用圣维南方程组建立一维数学模型，应用芙蓉江江口水文站、长江徐六烃水文站实测水文资料进行分析验算，对解决非恒定流方面的一些实际的水文问题进行初步分析和探讨。     

非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性

阶梯形丁坝是常见的航道整治建筑物,天然河道中的水流多为非恒定流,非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性研究,对丁坝结构设计和水毁防护等具有重要意义.采用自回归马尔柯夫模型,将天然来流过程概化为波谷起冲和波峰起冲2种情况,基于平面二维水流泥沙数学模型,探讨非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性.结果表明:① 不同流量过程...     

非恒定流精确复演方法研究

研究了水工水力学模型试验中影响非恒定流复演(生成)精确性的原因，指出了精确性不理想的主要原因是其控制方法适用性不好．根据这一结论，给出了两种精确的非恒定水流的复演方法：一种是数字流量堰非恒定流复演方法，它通过改变堰板高度来调节流量，无需调节量水堰水位；另一种是流量元水流装置，它通过组合流量不同的流量元来调节流量．这两种非恒定水流的复演都是采用开环控制方法．     

高水头船闸输水阀门非恒定流减压试验方法探讨

对船闸输水阀门非恒定流减压试验方法及其成果进行了初步评估。阐述了船闸输水阀门非恒定流减压试验方法提出的缘由。简要地介绍了国内外首座船闸专用非恒定流减压试验设备。总结了非恒定流减压试验的特点，并对恒定流与非恒定流两种减压试验方法的差异进行了初步分析和比较。     

地表河网-地下水流系统耦合模拟Ⅰ：模型

本文通过采用联立求解地表河流一维明渠非恒定渐变流与地下水拟三维非稳定流运动方程的技术路线，提出了地表河网与地下水流耦合模拟算法。该算法中地表河网流动分别由质量和动量守恒定律而建立的连续性方程和运动方程所组成；地下水流采用多层“拟三维”非稳定流模型，通过彼此间的水力联系，建立了地表河网-地下水流耦合模拟评价模型，该模型可用于地表水与地下水转化关系较为密切地区的水资源综合评价预测中。     

灞河橡胶坝库区一维非恒定流数学模型的构建与应用

阐述了一维非恒定流水沙数学模型构建的基本原理,并应用圣维南方程以及非恒定泥沙连续方程建立灞河橡胶坝库区一维非恒定流数学模型,进而利用该模型对灞河橡胶坝库区的河床演变进行了模拟计算.结果表明:灞河B#橡胶坝库区的模拟计算结果与物理模型试验结果符合良好;且在计算库区各时段河底高程变化中具有较好的精度.     

液体管道高频水力瞬变过程的数值模拟

目前在液体管道高频水力瞬变分析中,人们通常采用经典的拟稳态摩阻模型进行分析.但这种方法针对管壁切应力具有拟稳态特性的缓慢瞬变的分析是可行的,而对高频瞬变流动过程而言却不能准确预测水击压力波具体的衰减过程以及出现的波形畸变现象.介绍了一种新的考虑瞬时加速度对高频水力瞬变过程影响的非恒定摩阻模型,并结合特征线法给出了其数值解法,最后通过实例验证了该模型能比经典的拟恒定摩阻模型更为准确地模拟液体管道中高频瞬变流压力波的衰减和波形畸变.该模型对计算机的要求和计算耗时与经典的拟稳态摩阻模型相差不大,是一种具有良好工程应用潜力的液体管道高频瞬变分析数学模型.     

潮流河段温排水影响的平面二维数值模拟

 为研究电厂温排水对受纳水体的温升影响,基于无结构的三角形网格,采用有限元算法,建立了平面二维非恒定流温排水数学模型。该模型建立在非恒定水动力学模型基础上,考虑了源汇项的作用,因此能适应于各种恒定与非恒定河道水流中的温排水计算,并能适应于喇叭形和蘑菇头形等多种排水形式。该模型在多项电厂程温排水问题研究中得到了成功应用,以位于长江下游感潮河段中的南京马渡电厂为例进行了计算分析,并采用实体模型试验成果对数学模型计算结果进行了对比检验。开发研制了数学模型的后处理软件,实现了温排水运动过程的动态演示。     

向家坝水利枢纽下泄非恒定流的数值模拟

采用四点隐格式和改进的求解方法建立了向家坝枢纽下游145 km河段的非恒定流数学模型,通过2005年实测的枯、中、洪水过程对模型进行验证。应用该模型模拟了向家坝日调节下泄非恒定流的传播过程,分析了枢纽下游非恒定流的传播规律。模拟结果表明枢纽下游河段产生附加比降,水位~流量关系呈绳套状,且非恒定波发生横向变形。     

REAL-TIME FLOOD FORECASTING METHOD WITH 1-D UNSTEADY FLOW MODEL

A real-time forecasting method coupled with the 1-D unsteady flow model with the recursive least-square method was developed. The 1-D unsteady flow model was modified by using the time-variant parameter and revising it dynamically through introducing a variable weighted forgetting factor,such that the output of the model could be adjusted for the real time forecasting of floods. The application of the new real time forecasting model in the reach from Yichang to Luoshan of the Yangtze River was demonstrated. Computational result shows that the forecasting accuracy of the new model is much higher than that of the original 1-D unsteady flow model. The method developed is effective for flood forecasting,and can be used for practical operation in the flood forecasting.     

一维非恒定水动力学模型的实时洪水预报

本文建立了一维非恒定水动力学模型与最小二乘法耦合的实时洪水预报模型。运用最小二乘的递推算法,引入时变遗忘因子实时跟踪模型中时变参数的变化,并动态修正参数,实时改变一维非恒定水动力学模型结构,对洪水预报进行实时修正。通过长江干流宜昌～螺山段洪水实时预报应用．改进后模型预报精度比原一维非恒定水动力学模型计算结果有很大提高,表明所建立的模型用于洪水预报是行之有效的,在洪水预报中具有推广应用价值。     

一维不恒定流泥沙数学模型研究

本文着重对求解一维不恒定流泥沙数学模型控制方程的数值解法进行了研究，结果表明，用线性化方法与非线性选代计算对圣维南方程进行求辑，二者计算结果的差异很小，但线性化方法可以节省大量的计算工作量，且可取较大的时同步长进行计算。对悬移质泥沙运动方程式，相临时层之同用差分法求解，在局—时层上球其分析解。不仅可以避免含抄量计算结果的不合理现象，而且计算量也较小。用丹江口水库下游的资料对模型进行了验证，计算结果与实测资料符合良好。验证计算同时表明，用不恒定流泥沙数学模型进行河床变形计算，计算时间不会比恒定流泥沙数学模型增加很多。     

A STUDY ON UNSTEADY SEEPAGE FLOW THROUGH DAM

A numerical model is proposed to simulate the unsteady seepage flow through dam,with both saturation and water head as variables to describe the seepage domain.Experiments of seepage flow through dam with unsteady conditions were conducted in laboratory to verify the reliability and the accuracy of the numerical model.The performance of the model is also assessed by comparing with analytical solutions.The examples show that the accuracy and the reliability of the model are adequate to handle seepage flow pr...