直立堤前海床的冲刷

本文对立波，远破波，近破波作用下直立堤前海床的冲刷进行了系统的研究。指出了不同波浪作用下直立堤前海床的冲刷形态；分析了堤前冲刷机理；提出了不同波浪作用下堤前冲刷深度公式。     

抛石法在桥墩冲刷防护工程中的应用研究

河道范围内新建桥梁、码头的桥墩附近常会出现影响堤防安全的淘刷,动床模型试验是研究工程实施后河槽、桥址及堤脚处泥沙冲淤特性的有效手段之一。采用4组特征水文条件,进行骝岗涌特大桥工程建设前后的清水定床试验研究,分析桥址附近水动力特征的变化;开展动床冲刷试验,研究极端流速下桥址及堤脚处的河槽冲淤特性;对推荐的抛石护底防护措施的工程效果进行了评价,为工程设计和施工提供依据。     

水下贴底射流及其对淤泥质床面冲刷实验研究

本文对水下圆截面贴底射流所产生的流速场及其对周围淤泥质床面的冲刷作用进行了实验研究，通过定床和动床两个系列的射流实验，给出了计算定床条件下床面流速分布和动床条件下射流临界冲届摩阻流速和冲届坑尺度的经验公式。     

截流戗堤单向进占的局部冲刷三维数值模拟

戗堤截流主要在河道截流和堤坝溃口封堵等水利和防洪减灾工程中得到应用,戗堤周围的水力冲刷直接影响工程的安全性。由于戗堤进占过程表现出较强的三维非恒定性,因此目前采用三维数值模型全面细致地模拟进占过程中戗堤周围的三维水流结构和冲刷特性较少。该文基于有限体积法和非结构化的计算网格构建了以水动力学模型、泥沙冲淤和河床变形方程为基础的三维局部冲刷数值模型,从室内明渠截流工程实验中得到的龙口平均流速、上下游水位落差、底床切应力分布与地形变化的关系等结果验证了数值模型的可靠性。利用该数值模型模拟了截流戗堤单向进占方式下不同进占长度时戗堤附近和龙口处的三维水流特性,以及戗堤周围局部冲刷地形的发展。通过分析水流特性与冲刷坑发展的关系,阐述了戗堤周围局部冲刷的物理成因。研究结果表明:涡旋和下潜水流是戗堤附近河床剧烈淘刷的主要原因;单向进占时戗堤对水流具有偏移效应;在初始阶段,冲刷趋势表现为沿堤头的上游至裹头下游形成的斜向轴线冲刷;在冲刷发展过程中,龙口中部出现泥沙淤积,主要冲刷区位于戗堤和裹头绕流后的底床。研究成果进一步表明数值仿真技术可应用于工程截流实践中,能预测截流中可能出现严重堤脚淘刷的位置与趋势。     

长江通州沙西水道整治方案探讨

长期以来长江通州沙西水道-5 m深槽不能贯通,严重影响了该水道的开发利用。利用潮流泥沙模型,按不同整治河宽、多种高程潜堤组合、不同潜堤鱼嘴长度以及不同出水布置形式进行了定床比选试验,最终给出了西水道整治优化工程推荐方案。在此基础上,通过动床模型试验,结合西水道潜堤整治工程及3种不同航槽疏浚底高程方案,研究了通州沙航道回淤情况。试验结果表明,整治工程实施后,挖槽内流速和单宽流量均有所变大,浅区段分流比增加明显;河道回淤率随着挖槽深度增加而减小。     

潮汐通道边坡潮流垂向结构及其底床冲淤数值模拟

本文阐述了潮汐通道边坡潮流、悬沙垂向结构，并建立了边坡流速垂向梯度解析式。通过理论关系式和现场观测资料分析论证，得知横向湍流掺混作用是造成边坡流速垂向分布较均匀的主要动力机理，考虑到潮汐通道边坡水动力场和悬沙场分布特点，应用平面二维泥沙运动数值模型模拟边坡区底床冲淤趋势，模式经岙山边坡试算，所获结果与该底床冲淤现状基本一致。     

滦河迁西县城段综合整治模型试验研究

为研究迁西县城段整治工程实施后滦河的水位、流速及河床冲淤情况进行了动床模型试验,并用数学模型计算结果来检验模型的合理性.通过对试验结果的分析,指出规划右堤应加高的位置、堤脚防护的位置,并对栖凤岛和1号堰的改进提出建议.     

长江口南槽非均匀细颗粒泥沙起动流速的近似估算

利用文献中的泥沙起动流速公式，推导出非均匀细颗粒泥沙起动流速近似估算公式。采用长江口南槽定点测量涨落潮过程中水深、水面以下lm的流速与近底床悬沙粒径d95资料，拟合该近似估算公式。估算结果表明：近底床悬沙粒径d95小于0．06mm的细颗粒泥沙起动流速值大于已有水槽实验值。     

长洲水利枢纽工程一期外江截流施工技术

长洲水利枢纽外江工程截流的特点是流量大，且属深厚软基河床，采用无护底双戗堤立堵进占，实现了快速截流和降低工程造价的目的，也为深厚软基河床截流提供了较好的经验与借鉴。     

官地水电站预进占护底截流难度的试验研究

官地水电站采用宽戗堤截流,水力学指标高,龙口底部流速较大,龙口河床冲刷严重,影响堤头稳定;若采用双戗堤截流,由于上戗堤水舌的影响,下戗堤堤头坍塌严重,截流难以实施。为此,提出采用预进占护底,降低截流难度。模型试验表明,预进占护底对降低截流难度作用是明显的。2007年年底管地水电站成功截流。     

黄河高含沙洪水"揭河底"机理探讨

“揭河底”发生前,河床上存在着不同时期形成的淤积物,随着淤积条件的变化,河床纵比降和横断面形态会进一步调整,当河床调整到一定程度时,若发生“晾河底”等现象,则为河床成层成块淤积物的形成以及块体边界剪应力及层间黏合力的消弱创造了条件,若遇大中尺度涡漩形成,垂向能量向底层传递,垂向紊动,脉动特性增强,在忽略层间黏合力和块体间的边界垂向剪应力条件下,水体可能掀动的河床淤积物块体厚度,取决于河床淤积物块体密度,浑水体密度以及作用在淤积物块体上下表面的脉动压力的最大可能振幅之和,脉动压强与时均压强的大小无关,大致与断面平均流速水头成正比,在合理确定和表达糙率系数及平均流速后,推导出了洪水可能掀起的淤积物块体最大厚度计算表达式,当河床淤积物块体厚度小于此计算值时,涡漩引起的垂向脉动特征增强可能在随机条件下促发“揭河底”发生。     

SENSITIVITY STUDY OF THE EFFECTS OF WAVE-INDUCED VERTICAL MIXING ON VERTICAL EXCHANGE PROCESSES

The hydrodynamic model COHERENS-SED, developed by the present authors through introducing wave-enhanced bottom stress, wave dependent surface drag coefficient, wave-induced surface mixing, SWAN to COHERENS, is modified to account for wave-induced vertical mixing. The COHERENS-SED model can also be used for one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional current and salinity calculations. One-dimensional model and three-dimensional model are used to study the effects of the wave-induced vertical mixing. The horizontal current velocity profiles obtained by the model are in good agreement with the analytical velocity profiles under the same input conditions. Numerical results show that higher wave height would generally generate larger vertical eddy viscosity and lower horizontal velocity. The results for fresh water in Yellow River Delta show that the wave-induced vertical mixing increases the momentum of fresh water transferring ability downwards to seabed and salt water's mixing with upper fresh water. Fresh water flume length is compressed considerably.     

露天爆破对近地表平洞结构的地震响应频谱分析

为探讨露天爆破下井下靠近地表平洞结构的爆破地震效应特性,通过露天爆破开挖过程中,在井下平洞拱顶和地面沿轨道方向布设测点,采集了大量井下平洞的爆破地震响应信号。采用小波分析和快速傅里叶变换相结合的分析方法,研究露天爆破地震波作用下平洞结构的响应频谱、能量分布特性。结果表明:爆破地震波作用下,近地表井下平洞拱底和拱顶质点在各个方向上的速度响应信号频率较大,主要集中在10～312 Hz;主频所处波段的能量占爆破震动总能量的大部分;平洞结构在铅直方向上的速度响应信号频率要低于水平方向的信号频率,且铅直方向主频随爆心距变化不大,而水平方向变化较明显;平洞结构拱顶铅直方向速度响应信号频率要低于拱底铅直方向的信号频率,拱顶铅直方向爆破振动响应更应引起重视。     

面流消能近底紊动流速特性的研究(面流消能试验研究之一)

本文主要论述了面流消能五种典型流态近底紊动流速特性,总结出了近底时均流速和紊动强度沿程变化规律,提出了近底紊动流速可能出现的最大瞬时值及相应位置的计算公式。面流消能工程的下游防冲设计中考虑的主要水力参数之一是,消能段近底流速紊动可能出现的最大瞬时值及其相应的部位,但目前国内外研究成果较少。笔者通过水工模型试验重点研究了面流消能各典型流态近底流速及其紊动纵向分量沿程的变化规律,并提出了计算公式,为优化面流设计提供科学依据。     

卵砾石河道摩阻流速计算方法探讨

通过水槽试验,采用6种方法:对数流速分布回归法、外延雷诺应力分布法、三维紊动能法、垂向紊动能法、韩其为经验公式法和拖曳力系数法,计算了卵砾石河床的摩阻流速。以韩其为计算摩阻流速的经验公式为标准,分析了各种方法中参数取值对计算结果的影响及其在不同水力和床面条件下各种方法的适用性。提出了2种可行的计算途径:光滑床面条件下各方法计算摩阻流速所得结果最大均方差为2.15,其中对数流速分布回归法较准确,三维紊动能法计算值普遍偏小;相对粗糙床面条件下各方法计算摩阻流速的结果均方差最大达到8.84,其中对数流速分布回归法和三维紊动能法较准确。     

同侧竖缝式鱼道结构优化数值模拟研究

鱼道是保证鱼类能顺利洄游的过鱼设施。通过竖缝相对宽度分别为0.05,0.10,0.15,0.30,底坡为10%的鱼道模型进行数值计算。采用可视化显示及数据分析的方法分析不同竖缝相对宽度、底坡条件下的同侧竖缝式鱼道的水流结构特征。通过模型模拟,分析水流沿水深方向的流速分布情况、主流区最大流速沿程分布及沿程衰减情况,以及在不同竖缝相对宽度和(或)不同流速情况下的紊动能分布情况。综合各物理量的分析,得出竖缝相对宽度b₀/B=0.15、底坡为10%时,水流在池室内能形成较好的适合鱼类洄游的流态:主流区水流横向扩散范围适中,主流区最大流速沿程均匀衰减,回流区面积较为对称,流速较小。     

扭双工字型透水框架防冲机理试验研究

透水框架因具有消能减速进而保护岸滩免受水流冲刷的功能,在河道治理、航道整治中得到广泛应用。最近提出了一种新型透水框架——扭双工字型透水框架,经动床试验表明具有显著的护滩效果,利用Vectrino三维流速仪在变坡水槽上精细测量了新型透水框架附近的水流结构。试验分析表明,扭双工字型透水框架抛投于床面后底层流速骤减(减速率达0.79~0.95)、表层流速增大、过渡层流速梯度加大,垂向流速不再服从对数分布;垂向最大紊动强度出现在框架群顶部附近,水流进入框架群后紊动强度逐渐加强,出框架群后达到极值,底表层紊动强度极值的位置发生偏离,表层位置较底层偏下游内侧;框架群内近底层水体能量大幅消减(消能率达0.93~0.99),下游水体能量恢复距离为38~56 m,利于滩面防护,而侧向边缘水体能量加强,易造成侧沿岸滩局部冲刷。研究成果对扭双工字型透水框架的设计、应用具有一定参考价值。     

浅谈锦屏二级引水隧洞沿程糙率系数的反算方法

就锦屏二级电站引水隧洞,根据实测水头损失、反算沿程水头损失糙率系数过程中的一些经验和认识进行总结,提出了:(1)应尽量选取局部损失所占比例较小的洞段来计算沿程水损,并应计入测点底部流速头,以提高计算精度;(2)在引水隧洞平均水力半径的计算过程中,不能采用等动量或者等体积的方法,必须遵循水损相等的原则进行当量等观点,供参考。     

峡岛湍流海域水流力荷载计算方法探讨

与常规明渠流断面流速对数分布形态不同,外海连岛间海域断面流速呈现出复杂的分布特征,其主要原因在于凹凸不平海床面对海域流场分布有很大的影响。通过室内模型试验发现,峡岛湍流海域垂线流速基本呈二次抛物线分布形态,随后通过分析计算提出了以等效坡度为主因子的湍流流速分布公式。该公式计算结果与现场实测结果比较吻合,同时还给出了以抛物线分布形态为基准的水流力荷载计算修正系数。研究成果可为峡岛海域的工程结构设计提供参考。     

立轴漩涡多圈螺旋流速度分布的研究

本文引入分离变量法，研究了立轴旋涡的速度随径向、轴向的变化规律，并给出切向、径向和轴向速度的表达式。对立轴旋涡的多圈螺旋流现象，通过试验测量和速度分布计算两种方法进行了描述，二者定性一致。结果表明，立轴旋涡流场的切向速度占优，在流体质点从水面向下运动的过程中，围绕涡轴旋转十余圈，在进水口附近转为轴向流动。旋涡水面线的计算结果与实测值吻合较好。