台风暴雨影响区域的溃坝洪水演进数值计算

针对东南沿海受台风暴雨影响流域中下游地势较低洼开阔,在台风暴雨过程中容易积水,存在大面积初始水深,出现较严重内涝的特点,建立考虑下游区域初始内涝水深的二维溃坝洪水演进数值模型.基于数字高程模型(DEM)的地形数据和矩形网格,采用有限体积法和逼近黎曼格式及逆风守恒格式求解方程,并以戌浦江流域为典型,重点分析该流域存在内涝时上游水库发生溃坝的洪水演进特点.结果表明,溃坝洪水受下游初始淹没水深的顶托,下游区域的淹没水深并不是初始淹没水深和不考虑初始淹没水深溃坝计算所得水深的简单叠加,越往下游初始淹没水深对计算结果的影响越大;如果在计算中不考虑初始淹没水深,将会明显错误地估计洪水所带来的灾害风险.     

一种无干扰全流程水深测试方法及其在溃坝水流试验研究中的应用

基于MATLAB图像处理和计算机视觉模块函数库,开发了一种无干扰全流程水深测试方法:首先利用Camera Calibration工具箱标定摄像机以得到标定代码;其次,将记录水流运动的视频文件逐帧保存,利用标定代码消除每帧图片中由于广角镜头产生的桶形畸变,并对图片灰度化和二值化,同时加入中值滤波消除噪声;最后,读取二值图黑色像素点,将其转换为实际水深,从而获取其时空分布特性。运用该方法对强非恒定流–溃坝水流进行了试验测量,研究工况为上游水深500 mm,水深比(初始时刻下游与上游水深之比)为0～0.9。观测发现,溃坝水流可大致分为3种演进模式:简单波(水深比为0)、间断波(水深比为0～0.4)、起伏波(水深比为0.4～1.0)。分别选取3种典型工况(水深比为0、0.3、0.6)数据与波高仪测量结果进行了对比,结果表明,除上下游静水区二者数据吻合良好外,下游水面光滑平顺的渐变流区、激波前锋与下游出现强间断的激波区及水面起伏明显的起伏波区,波高仪较图像技术都有不同程度的壅高,水流演进越剧烈,壅高越明显。本文建立的测量方法无需在水流中安放测量仪器,具有无侵入性,对流场无干扰,不仅能够获取全流程水深数据、重现水流完整演进过程,还能很好地捕捉到诸如水流跃起、翻滚、波动、空气卷吸等流态细节。另外,试验中保持稳定光照及染色浓度,有助于降低图片噪点、改善图片质量,从而进一步提高测量结果的精度。     

台风暴雨影响区溃坝洪灾淹没损失评估

东南沿海地区受台风暴雨影响易发生山洪、诱发水库溃坝,且水库下游区域往往地势低洼开阔,易积水而出现大面积内涝,对溃坝洪水演进产生一定影响.采用能够考虑下游初始淹没水深的二维洪水演进模型计算溃坝洪水过程,阐述了溃坝洪水数值计算方法、洪水淹没损失分类及损失率确定方法,建立溃坝洪灾淹没损失评估模型.以戍浦江流域为例,确定溃坝洪灾损失率与淹没水深等级关系,对淹没区进行溃坝洪灾淹没损失评估.计算结果表明：水库一旦发生溃坝,洪灾将造成83亿元经济损失,下游社会和生态环境遭到严重破坏,采取有效的预警措施能够显著减少下游的人员伤亡及经济损失.通过溃坝灾害评估,有助于提高水库安全管理水平,为制定防洪避险预案提供支持.     

溃坝洪水的数学模型应用

根据溃坝洪水传播和运动的特点,采用守恒性较好和能够捕捉间断波的有限体积法,建立了一个包括上游库区洪水演进、溃坝过程和下游淹没影响区洪水演进的溃坝洪水数学模型,并采用经验公式和实验结果分别对溃口流量和二维溃坝洪水传播进行了验证.利用所建立的数学模型对某水库溃坝洪水演进和传播过程进行了模拟计算,溃口流量变化过程、坝上水位变化、溃坝洪水淹没过程和水量守恒等结果分析,表明所建立的溃坝洪水数学模型能较好地模拟洪水从库尾向坝址的传播以及溃坝洪水在下游淹没影响区的演进过程,并且模型计算结果完全能满足水量守恒,可以用于实际工程计算.     

上游溃坝洪水在某水库水文计算中的影响分析

当上游有水库,其防洪标准低于下游水库时,下游水库必须考虑上游水库溃坝洪水的影响.否则,会造成计算结果的差异.一旦出现溃坝,必将威胁下游水库的安全.综合国内外研究成果,以某中型水库大坝安全鉴定的水文计算为例,探讨上游溃坝洪水对下游水库调洪演算的影响,并给出上游存在多个这样的水库(防洪标准可不相同)时的处理方法,为类似工程提供参考.     

溃坝洪水的一维、二维耦合模拟

为了给防汛指挥机关进行有计划撤离提供科学依据,探讨了溃坝洪水演进规律.针对山区水库地形的复杂性,建立一种溃坝洪水模拟的一维、二维耦合模型,采用交错网格、线性递推、交替隐格式求解.运用此模型对某水库溃坝洪水进行模拟,对溃坝洪水向下游推进过程、以及洪水漫堤后向下游城镇的演进过程进行水动力学模拟,得出水位和流速的沿程分布,实现水流的快速预报.此模型对山区水库的溃坝洪水模拟具有很强的实用性.     

尾矿库溃坝水流演进的数值模拟

为研究尾矿库溃坝后水流演进过程,基于N-S方程和RNG k-ε紊流模型建立了三维溃坝模型,尾砂的输运计算采用了推移质方程和悬移质方程。模拟了水槽溃坝试验,并将模拟计算的水位和沙床高程与试验数据对比,结果显示两者吻合度很高,证明了所建数学模型的准确性。以某尾矿库为例,利用该数学模型模拟尾矿库溃坝并设置相应的监测点,从流速、水深和淤积厚度3个方面研究了溃坝后水流的演进过程,结果发现3个监测点的最大水深非常接近,下游水位最大高程为22.6 m;P_2点尾砂淤积厚度最大。     

溃坝洪水演进数值模拟研究

采用基于MacCormack预测——校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程,建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。应用该模型对单宽一维瞬间溃坝的水位、流速进行了数值计算,并与理论解进行了比较;最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒时的洪水演进过程,并对模拟结果进行了定性分析。算例说明该数学模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

波、流对库区四柱框架墩连续梁动力响应影响分析

为了明确无水、静水以及波、流联合作用对库区复杂桥墩桥梁动力响应的影响,以缩跨后跨黄河小浪底库区某4柱框架墩连续梁为依托,运用ANSYS建立桥梁-水耦合数值模型,研究4柱桥墩在水流作用下绕流及波、流联合作用下的动水响应;在此基础上详细分析波浪、水流和水深对结构地震响应的影响.研究表明：绕流分析显示4个柱的速度场和压力场不对称;波、流共同作用时,桥墩动力响应随着流速的增加而增加,且波浪起主导作用,但动力响应并非两者单独作用叠加;与无水工况相比,静水地震响应更大;波、流环境时,地震响应不是单独作用叠加;对于该桥及所分析工况,波、流环境削弱了地震响应,且随着水深和波高增加,地震响应削弱越显著.     

考虑人体与水流相互作用的溃坝洪水生命损失评估模型

溃坝洪水会给下游人民群众造成巨大的生命损失，开展溃坝洪水造成的生命损失风险定量评估对应急抢险救灾具有重要的现实意义。本文在已有生命损失贝叶斯网络HURAM1.0模型基础上，引入了人体稳定性物理模型，考虑人体与水流相互作用关系，对处于洪水中的人先进行稳定性判定，并进行溺水判定，运用蒙特卡洛模拟方法，综合了水深和水流速对生命损失的影响，建立HURAM2.0模型；并将该模型应用于唐家山堰塞坝溃坝洪水生命损失分析。结果表明：HURAM2.0模型建立了水流流速对生命损失影响的定量关系，更精确地刻画了人体在水流中的稳定性和求生能力，相比HURAM1.0模型对较强洪水强度条件下的生命损失预测结果更准确。同时，在本文建立的模型中，除水深度、洪水严重程度变化不大，其余变量的敏感性均有所上升，其中居民区住宅层数、在建筑物中庇护情况和溃坝时长等变量对模型计算结果的最大影响程度分别增加142%、95%和93%，加强了模型在低、中、高3类洪水强度下的解释性，与HURAM1.0相比在贝叶斯反演分析中更占优势。在唐家山堰塞坝溃坝风险分析中，HURAM2.0能区分出不同水流速条件下的生命损失，更符合实际情况，即开挖泄流槽前风险大、死亡率高，在现场勘测和开挖泄流槽后风险及死亡人数大大降低，建议结合预警疏散以降低生命损失风险。     

坝体瞬间全溃最大流量通用公式推导

根据圣维南方程组 ,假定河底为水平 ,略去摩阻项 ,推出了在坝体瞬时全溃情况下 ,计算溃坝最大流量的普遍公式 .还指出了自 196 2年以来 ,国内广泛流行的推求溃坝最大流量的波堰流交会法中计算负波流量的公式的错误之处 根据理论推导 ,还发现所纠正的错误公式 ,实质上是所推得的普遍公式的特例     

新疆克孜河泥石流天然坝体溃决模拟分析

分别采用瞬时溃决模型和逐步溃决模型对新疆克孜河泥石流天然坝的溃决洪峰流量及其向下游的演进情况进行了模拟分析,结果表明：瞬时渍决模型的计算结果与实测溃坝洪峰流量偏差较大,而逐步溃决模型的计算结果则接近实测值;采用逐步溃决模型计算时,计算时段的取值及溃口流量系数的取值对计算结果有一定的影响．     

Influence of vibration on granular flowability and its mechanism of aided flow

Ｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｔｙｐｅｓｏｆｇｒａｎｕｌａｒａｉｄｅｄｆｌｏｗ ,ｉｎｗｈｉｃｈｖｉｂｒａｔｉｎｇａｉｄｅｄｆｌｏｗｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｂｅ ｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ ,ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎ ｃｙ .Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｖｉｂｒａｔｉｎｇｏｒｅ ｄｒａｗｉｎｇｉｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｖｉｂｒａｔｉｎｇａｉｄｅｄｆｌｏｗｉｎｔｈｅｍｉｎｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙ .Ｉｎ 1 957,ｔｈｅｆｉｒｓｔｖｉｂｒａｔｉｎｇｏｒｅ ｄｒａｗｉ…     

基于能量守恒理论的波浪侵蚀土质岸坡范围预测方法

波浪对三峡库区土质岸坡的侵蚀极大影响了库区生态与地质环境安全,预测波浪对岸坡的侵蚀范围将是库区防灾减灾工作的重要措施,然而现有的侵蚀预测主要是以经验方法为主,难以获得准确的结果。为此,采用能量守恒理论,考虑波浪上爬过程中的层厚及流速变化,分别构建波浪上爬势能方程与摩擦耗能方程,最终联立建立波浪作用土质岸坡侵蚀范围预测方程。为获取预测方程的关键参数,开展波浪上爬岸坡模型试验,研究波浪上爬岸坡时的流速、层厚及爬高变化规律;为验证侵蚀范围预测方程的可靠性,开展波浪侵蚀岸坡模型试验,获取土质岸坡侵蚀演化进程。波浪上爬模型试验结果表明：岸坡坡度越大,则波浪爬高越大,爬坡水流厚度也随之增大,但爬坡水流流速随之减小;根据试验结果获取了水流厚度参数与流速参数的分布区间,构建了水流厚度参数、流速参数与岸坡坡度间的关系方程。波浪侵蚀岸坡模型试验结果表明：土体干密度越大,岸坡的抗侵蚀能力越强,且岸坡达到最终稳态所需的时间越长;碎石含量越多,岸坡的抗侵蚀能力越强,由于碎石护面作用使得岸坡侵蚀稳定的时间缩短;将岸坡侵蚀稳定终态结果与预测方程结果进行了对比,验证了本文提出的侵蚀范围预测方程是可靠的。本文提出的波浪侵蚀范围预测方程可广泛应用于国内外水库土质岸坡的侵蚀灾害防治工作中。     

挟沙水流试验研究

通过开展挟沙水流试验,对河槽断面的纵向时均流速横向与垂向分布、瞬时流速频率分布、紊动强度垂向分布规律进行了研究,最后分析了断面宽深比对张瑞瑾公式的影响.得出如下结论:在相同横断面面积、流量情况下,随着断面宽深比的减小,准二维流动的中心区所占河宽比例减小,断面流速分布更加趋中;挟沙水流主流区流速垂向分布基本上仍然符合对数分布,随着含沙量的增大,卡门常数k有减小的趋势;中垂线上各点瞬时流速频率分布基本上符合正态分布;靠近水面处紊动强度最弱,紊动强度随相对水深的减小而增大,随后紊动强度随相对水深的减小而减小;随着断面宽深比的减小,张瑞瑾公式中的系数呈增加的趋势,流量幂指数呈减小的趋势.     

鱼道内过饱和总溶解气体释放规律的试验研究

随着梯级电站的建成运行,总溶解气体（total dissolved gas,TDG）过饱和对鱼类的不利影响受到广泛关注。TDG过饱和水流在库区内的释放速度十分缓慢,上游梯级泄水的不利影响通常会持续到下一梯级坝前。鱼道是恢复河流连通性的重要手段,也是鱼类可能集中分布的区域,TDG过饱和的库区水体作为补给来源可能对通过鱼道的鱼类造成不利影响。本文以自主设计的鱼道型式作为试验水槽,设计开展了不同流量条件下的过饱和TDG输移释放过程试验研究,并根据试验条件开展数值模拟计算,反算得到各条件下的释放系数。结果表明水深是影响过饱和TDG释放的重要因素,过饱和TDG的释放系数随着水深的增大而减小,释放系数与流速、紊动动能、紊动动能耗散率间单因子关系不显著。另外,鱼道复杂的挡板结构使水流流程增长,增加了过饱和TDG释放时间,与无挡板的顺直水槽相比,鱼道内过饱和TDG的释放速度显著提高。该研究为探讨过饱和TDG对过鱼通道内鱼类的不利影响的预测提供参考,同时复杂结构促进过饱和TDG释放的成果也为减缓TDG过饱和不利影响的措施研究提供新思路和参考。     

碎裂岩体滑坡运动特征及近场涌浪变化规律

收集三峡库区48组典型岩体滑坡参数及裂隙发育情况,在遵循相似准则的基础上,结合万州河段地形资料建立浅水区碎裂岩体滑坡涌浪三维物理模型. 通过多组模型试验,测定不同形状及方量的岩体滑坡水上运动特征以及滑坡淹没率对近场涌浪最大波幅的影响. 结果表明：破碎后的岩体滑坡沿厚度方向产生速度梯度,使得滑坡体分层滑向水面,且滑坡最大厚度随着滑动距离的增加呈指数衰减;当滑坡淹没率小于极限淹没率时,近场涌浪最大波幅随着水深的减小而急剧降低. 通过对无量纲参数的多元回归分析,建立碎裂岩体滑坡最大厚度衰减公式、浅水区滑坡淹没率经验公式以及三维涌浪近场最大波幅的预测方程. 红岩子滑坡和龚家坊滑坡现场观测资料分析结果验证了方程在浅水中的有效性.     

Theory and Analysis for First-Order Interaction Between HF Radio Waves and Ocean Waves

ＴｈｅｏｒｙａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＦｉｒｓｔ┐ＯｒｄｅｒＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎＨＦＲａｄｉｏＷａｖｅｓａｎｄＯｃｅａｎＷａｖｅｓＺＨＯＵＺｈｉｘｉｎ（周志鑫）ＣＨＥＮＺｈｅｎＨｕａ（陈振华）ＬＩＵＹｏｎｇｔａｎ（刘永坦）（Ｅｌｅ...