梯形断面明渠纵向离散系数的分析

突发性污染事件发生后需要快速预测梯形断面明渠水质,此时要获得渠道的纵向离散系数。利用试验数据对构建公式的各参数进行相关性分析,根据河流经验公式形式提出了梯形断面明渠纵向离散系数经验公式形式,经过线性相关性分析、回归计算,推求出各参数的系数,得到梯形断面明渠纵向离散系数经验公式。最后,探讨了利用流速分布研究结果修正样本数据,发现最大流速经验公式的选取会影响参数的相关性。将计算结果与实测结果比较,吻合良好,表明该经验公式合理可靠,可以应用于梯形断面明渠纵向离散系数的估算。     

二维明渠双层均匀层流的纵向离散分析解

本文分析了在重力作用下双层互不混掺的层流的流速分布和浓度偏离规律及其示踪质纵向离散的特征。推广了Taylor对扩散方程的简化处理,运用Taylor的分析给出了浓度偏离函数的具体形式和每层纵向离散系数的精确公式。在验证了公式的唯一正确性后,绘制了计算离散系数的图和表格。     

用最优化方法计算河流纵向离散系数

本文提出一种由示踪试验计算河流纵向离散系数的新方法——双站拟合法。大量的实测资料说明,瞬时面源在一维河流中形成的浓度过程是偏态的,Fick模型解析解与实际情况有一定偏差。作者选用皮尔逊Ⅲ型曲线,对实测浓度时间过程进行非线性拟合计算,得到了十分满意的拟合结果,说明可以用此曲线来描述浓度时间过程,采用最优化设计的方法,对双站进行同步拟合计算,由此计算出纵向离散系数。本文对各种方法进行了比较计算,说明了双站拟合法的优越性。     

三峡库区江段纵向离散系数研究

本文通过对纵向离散特性的理论分析，确定河流纵向离散系数的一般计算公式。根据三峡库区江段现有六个代表性断面流速分布监测数据，采用积分公式计算各河段各个测次的纵向离散系数值，将这些纵向离散系数计算值作为一系列有代表性的样本，对纵向离散系数的一般计算公式进行回归分析计算，得到三峡库区江段的纵向离散系数预测公式。利用预测公式分析计算三峡库区江段纵向离散特征。     

明渠均匀流的摩阻流速及流速分布

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验，利用实测流速资料，对明渠均匀流摩阻流速的各种方法（雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等）的计算结果进行了对比，并分析了流速分布。结果表明：（1）利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考虑边壁影响；（2）包含尾流函数的对数-尾流公式比单一对数公式可以更好的符合实测数据。用单一对数公式描述垂线流速分布时，应采用较小的Karman常数；（3）现有大量明渠均匀流实测资料中，用常用的Karman常数（x=0．4）时单一对数公式仍可以较好的表示全水深流速分布是因为采用了较大的摩阻流速。     

矩形明渠流速分布律及流量自动化测量方法

分析明渠水槽试验结果,建立了矩形断面明渠流速沿垂线分布的抛物线公式和流速横向分布的乘幂函数公式,拟合分析给出了流速分布系数的确定方法.根据提出的明渠流速分布律,给出了确定明渠流量的简易方法,计算相对误差较小,满足明渠流量计算的精度要求.并在此基础上设计了实用流量自动化测量系统.     

桂江下游梧州河段纵向离散系数的选定

桂江下游梧州河段纵向离散系数的选定是利用梧州段的示踪实验数据,选用单站改进法和峰值反推法,推算其离散系数。把两种推算的纵向离散系数,分别代入公式C(x,t)=M/A4πD_tt~(1/2)exp[-(x-ut)~2/4D_tt]得时间t的示踪剂浓度值,该值与同一时刻实测值进行比较,计得平均偏差,根据平均偏差小的那种方法确定纵向离散系数,较能符合天然河流的水流特性,经计算结果表明,采用单站改进法计得的纵向离散系数的拟合浓度与实测的示踪剂浓度较为接近,为此,选用其计算结果,即桂江梧州段在枯水期流量为334m~3/s时;纵向离散系数为22.9m~2/s;当流量为398m~3/s时,纵向离散系数为29.7m~2/s。     

天然河流纵向离散系数确定方法的研究进展

对天然河流纵向离散系数的确定方法进行综述,详细分析了理论公式、示踪试验、经验公式这3种方法的研究现状和发展趋势。讨论了基于断面流速分布的理论公式的适用范围以及国内外学者对该公式使用的拓展;阐述了利用现场示踪试验数据计算纵向离散系数的矩量法、演算法、直线图解法和多种优化方法,并分析了它们各自的优缺点;列举了一些具有代表性的经验公式。探讨了弯道和死水区对天然河流纵向离散系数的影响;阐述了针对传统一维纵向离散方程的缺点提出的一些其他模型,并提出了天然河流纵向离散系数研究中一些有待深入研究的问题。     

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。     

河流纵向离散系数研究综述

综述了几种示踪试验中计算纵向离散系数的新方法,并分析了这些方法的特点。     

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。     

河流污染物纵向离散系数确定的演算优化法

提出一个确定河流污染物纵向离散系数的新方法——演算优化法。该方法采用示踪剂在两个断面的时间浓度过程数据,将上游断面的实测浓度过程视作下游断面的连续投放源。在下游断面浓度计算值与实测值的平方误差达到最小的条件下,利用优化方法求出河段的平均流速和纵向离散系数。该方法摈弃了传统演算法采用的冻结云团假设,客观地反映了污染物上游浓度变化过程对下游浓度变化过程的影响,同时避免了演算法中繁琐的试算过程。采用Fischer的室内示踪试验数据,对演算优化法与传统演算法进行比较,结果表明演算优化法的计算过程比演算法更快捷,计算出的离散系数更精确可靠。     

室内模拟试验确定河流纵向扩散系数研究

采用几何相似原理,在不同流量、流速条件下,以室内模拟试验求得纵向扩散系数,所得结果与同条件下现场分析计算的结果基本上一致,与国内外相近条件和经验计算值接近。室内模拟试验法不仅克服野外条件下示踪剂投放和测试条件的不便,还能够更好地研究不同水动力条件下污染物的扩散运移规律。     

植物对明渠流速分布影响的试验研究

采用圆柱铝棒模拟刚性植物进行水槽试验,利用激光流速仪LDV对含非淹没、淹没植物明渠流场进行了测量,对模拟植物淹没度、密度对流速分布的影响进行了研究.分析表明,植物非淹没条件下的平均流速可以表示为流量、渠宽、水深和植物密度的函数;植物淹没条件下,很难用统一的函数描述平均流速沿水深的分布,植物层上部和内部与顶部处的流速偏离有随淹没度、密度的增大而增大的规律,相同宽深比条件下,含淹没植物明渠和无植物明渠相比,最大流速位置前者高于后者,植物“抬高床面”或是减小了有效宽深比的作用.     

含植物明渠紊流流速分布无量纲化方法及流动分区

基于流速分布曲线的几何特点,提出一种新的无量纲化方法,结合水槽实验数据的回归分析,对含植物明渠紊流流速分布律及流动分区进行了研究。基于流速梯度变化率的特点,确定两个特征高度,采用特征高度、特征高度位置处的流速、水深、最大流速4个变量定义了新的无量纲流速和高度,对实验得到的流速数据进行无量纲化处理,进一步拟合得到流速分布律。结果表明,提出的无量纲流速在自由水面附近呈对数分布,对数分布律区域以下到床面的区域可用4段函数表示。根据分布律适用的区域明确流动分区边界,发现边界高度与特征高度并不重合,但和混合层的上下边界近似相等。与其他研究的对比表明,提出的无量纲化方法和流速分段函数分布律以及流动分区对速度描述有效,具有较好的适用性。     

布袋莲对渠槽曼宁系数之影响

当河道布满布袋莲时,大雨来临会使得布袋莲阻塞桥墩间流水空隙,造成排水不良而危及桥梁安全及造成区域之淹水。本研究利用渠槽试验求得渠槽内覆盖布袋莲之曼宁系数,并利用HEC-RAS模式分析本试验渠槽内覆盖布袋莲对渠槽上游水位抬升之情况。本试验所求得覆盖布袋莲之渠槽曼宁系数随着流速改变,流速范围在0.76～11.65cm/s时其曼宁系数为0.026～0.416,而平均值为0.098。以渠槽试验为基准,当流量为1.91×104cm³/s及布袋莲根系长度13cm时,两者上游水位抬升约差6.46%。由研究得知布袋莲根系愈密集渠道试验与数值模拟所得结果愈接近,而且河道满布袋莲时会致使上游水位抬升。     

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。