天然河道浑水流速分布研究

通过对有关学者得出的几个典型的垂线流速分布公式的分析认为:现有的用于天然河道的流速分布公式都存在不同程度的缺陷,且这些公式仅能用来计算不受侧壁影响的二维情况下的垂线流速分布,当用于峡谷河段时计算值与实测值差别较大。实测资料表明,对数或指数型流速分布公式可用于描述宽谷河段的垂线流速分布。由水流阻力公式导得了天然河道垂线平均流速沿横向的分布,引进重线流速分布,即得到断面点流速的分布公式。公式既可以用于清水水流,也可以用于挟有泥沙的浑水水流,含沙量对流速分布的影响主要反映在指数m发生变化这一点上。与实测资料比较发现,公式较好地反映了天然河道流速分布的实际情况。     

河道中受侧壁影响的断面流速分布规律研究

断面水流流速分布是研究河道水流泥沙运动规律的基础。天然河流断面形态不同,其流速分布特性也有差别:对于比较宽浅的河道,侧壁对断面流速分布的影响较小,流速沿垂线分布梯度较大,垂线上最大流速一般位于水面,垂线平均流速沿河宽方向(横向)分布较均匀;对于较窄深的河道,侧壁对流速分布的影响较大,流速沿垂线分布较均匀,垂线上最大流速一般位于水面以下,垂线平均流速沿河宽分布梯度较大,因此,对于较窄深的河道必须考虑侧壁对流速分布的影响。本文在分析天然河道流速分布特性的基础上,从紊流的雷诺方程出发,推导获得了水流受侧壁影响的横断面流速分布公式和垂线平均流速沿河宽分布的公式。公式计算结果与水槽试验和天然河流实测流速分布资料的比较分析表明,公式能较好地反映流速沿垂线和沿横向的分布特性,具有较好的理论和实用价值。     

分汊河段模拟流速时间空间分布规律

该文以贵池河段为例，从流速物理概念出发，利用流量及水下地形资料，模拟断面流速，分析分汊河段流速的时间和空间分布规律。     

堆积体对河道横断面流速分布影响的试验研究

大型泥石流、滑坡等灾害引起的河道堆积体体型较大,会引起河道横断面流速分布的较大改变。为了研究堆积体对河道横断面流速分布的影响,拟通过10组缓坡和6组陡坡河道水槽试验,得出不同尺度堆积体在陡缓坡河道上引起的横断面流速不均匀性的沿程变化结果,并对动能修正系数α和流速横向分布的结果进行分析。结果表明:α的大小能够反映流速断面分布的均匀性,且堆积体的阻水率越大,流速分布的不均匀程度越高;对于缓坡河道,在堆积体河段的x/l=0.5处,流速分布的不均匀程度最大,下游需要较远的距离来消弥堆积体对流速横向分布的影响;对于陡坡河道,流速分布均匀程度的变化主要集中在堆积体河段,且α峰值明显低于缓坡,对上下游影响不大。     

长江下游河道河床阻力分布特征及影响因素分析

河床阻力是河流动力学的基本问题之一,与河流的泄流能力及挟沙能力息息相关。利用2014—2016年长江下游九江至河口段河床的多波束、ADCP及底质沉积物的同步采集数据,通过计算沙粒阻力和沙波阻力,分析不同河段河床阻力的分布特征,探讨河床阻力与宽深比、粒度及流速3个因素之间的相关关系,并对比三峡蓄水前后主要河段河床阻力及其与影响因素之间相关性的变化特征。研究结果表明:三峡蓄水前后,总体上,长江九江至吴淞口河段最大河床沙粒阻力和平均沙粒阻力分别减小57％和63％。长江下游河道河床阻力在蓄水前后均以沙粒阻力为主,沙波阻力在河床阻力中占比不足1％且随着三峡工程的运用有减小的趋势。三峡蓄水前,长江下游河道河床阻力与3个影响因素相关性从大到小依次为粒度、流速和宽深比,相应的平均决定系数依次为0.48,0.30,0.25;而三峡蓄水后,长江下游河道河床阻力与3个影响因素相关性从大到小依次为流速、宽深比和粒度,相应的平均决定系数依次为0.71,0.41,0.30,但各河段河床阻力在不同时期主要影响因素又有所区别。研究结果可为长江下游航道整治、航运安全和防洪提供参考依据。     

弯道河段水流流态试验研究

研究采用声学多普勒流速仪对弯道河段水流特性进行了系统的试验研究,全面地分析了水流的三维时均流速及流场等.水流进入弯道后,水面形态和水流结构沿流程逐渐发生调整和变化,形成弯道特有的水流运动规律,具体表现在水面横比降、横向环流、流速重分布及紊动强度等.该研究可为相关的理论研究和工程实践提供借鉴和理论依据.     

黄河大柳树河段水情实测结果分析

对黄河大柳树河段19个典型代表断面的流速、水深分布等情况进行了分析。结果表明:1大柳树河段各断面水位从上游至下游呈下降趋势,相对窄深的断面水流相对湍急,相对宽浅的断面水流相对平稳,天然弯道河段的河床变化符合凹岸冲刷、凸岸淤积的水沙基本运移规律;2大柳树河段河面相对狭小,水流相对湍急,部分河段的平均流速可达2m/s;3大柳树河段弯道上的流速分布符合自由涡和强迫涡定律,断面流速与水深基本保持正相关关系,且弯道入口处靠近凸岸的水深相对较深,流速也较大,当弯道中心角较大时平均流速的最大值逐渐由凸岸向凹岸转移。     

不同整治工程条件下赣江尾闾河网水流特性试验研究

赣江尾闾为冲积性多级分汊型河道,分为西河、东河。西河在裘家洲头,分西支和北支;东河在杨子洲头,分中支和南支。近年来人类各类活动使得赣江尾闾水文情势发生根本变化,对下游水资源利用、水生态环境等带来一系列影响。为了研究赣江尾闾综合整治工程对河段水流特性的影响,采用物理模型试验,重点分析了赣江尾闾河道在不同整治方案下的洪水位、分流比、流速分布等对河网河势的影响。试验结果表明:赣江尾闾北支控堵整治方案对各支沿程洪水位、分流比、流速分布影响较大;而南支疏浚、四支建闸的影响较小,南支疏浚后对工程河段内流速分布的影响主要在于主流线向左岸偏移,而对断面最大流速的影响较小。试验成果对优化整治工程方案具有重要参考作用。     

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。     

枯季磨刀门河口垂线流速分布特征

流速是反映水动力条件的主要因子,也是进行河口动力、物质输运研究的基础。河口水流在潮流、径流、风等多种动力因子影响下,河口的垂线流速分布与内河相差甚远,分布形式多样且变化快。主要通过枯季磨刀门河口实测流速资料分析垂线流速分布的基本特征。     

大比降卵石河床水流运动试验研究

针对我国西北地区内流河宽浅变迁河段的比降和河床组成,本文采用乒乓球模拟颗粒排列紧密的大比降河床,研究大比降卵石河床的粗糙尺度和流速分布问题。试验研究发现:(1) 相对光滑度H/Ks >1.9时,垂线流速服从对数分布规律较好;H/Ks <1.9 , 粗颗粒的形状对水面产生明显影响,对数分布规律较差,小尺度粗糙的临界值可确定为2。(2)采用对数流速分布拟合试验数据,在卡门系数k为0.4的情况下,得到粗糙壁面的积分常数为 9.4。并对本试验结果与国内外的研究成果作了比较。     

黄陵庙水文断面垂线流速分布特性研究

  为进一步利用天然河流实测资料检验垂线流速分布的指数与对数规律,采用多普勒剖面流速仪在黄陵庙水文断面中实测的不同垂线与不同流量情况下的瞬时流速资料,计算了时均流速的垂线分布,并与指数和对数流速分布公式计算的结果进行了比较分析。结果表明,黄陵庙水文断面不同垂线水流的时均流速分布符合对数与指数分布规律。然而,在不同水流与边界条件下,其指数公式中的指数大小与对数公式中的有关参数有所不同。通过对黄陵庙水文断面垂线流速分布特性的研究,丰富了对天然河流垂线流速分布规律的认识。     

宽窄相间河道上游流速特性分析

山区河道受地质和河床演变的影响,平面形态呈宽窄相间的形态特征。采用水槽模型试验,建立不同比例的宽窄相间河道模型,对上游断面进行流速测量,对比均匀流分析其流速变化规律,并反算其摩阻流速。结果表明:宽窄相间河道上游较远处流速分布基本符合对数流速分布规律,接近收缩段处不符合对数流速分布规律;宽窄相间河道横向流速分布符合指数分布规律,其横向流速分布参数与摩阻流速呈规律性变化,与宽窄比及距收缩段的距离有关。研究成果可为宽窄相间河道工程整治提供理论参考。     

梯形渠道断面流速分布规律试验研究

梯形渠道以其过流能力大、输沙能力强和具有普遍适用的特点,已经在灌区得到广泛应用.经过对梯形渠道断面流速分布规律和试验研究,得出过水断面最大流速发生在液面以下.分析水槽实测流速资料,发现中垂线流速分布与对数律流速分布形式和抛物线形式拟合曲线都有一定的偏差.进一步分析引入尾流函数公式,得出拟合曲线交点处流速值近似等于过水断面的平均流速.     

长江河口段流速沿垂线分布规律

河道中流速沿垂线的分布规律,是研究许多河床动力学问题的关键.根据长江口实测水流流速资料,分析流速垂线分布的规律性.研究结果表明:长江河口顺直河槽段流速垂线分布符合二次函数型,漫滩、滩槽交互区一般呈类似"S"形分布.比较各种水动力条件的变化对其影响,分别给出流速垂线分布拟合公式.概化出的简单形式,具有一定的实际应用价值.     

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.     

小浪底水库异重流垂线流速和含沙量分布研究

对小浪底水库异重流断面流速和含沙量垂线分布进行了研究,结果表明:异重流断面垂线最大流速点下的流速分布符合指数分布,最大流速点上部流速分布可按照高斯正态分布计算,含沙量垂线分布符合常数为最大含沙量的抛物线分布。据此结果导出了异重流垂线流速分布公式和含沙量垂线分布公式,可以较好地模拟小浪底水库异重流断面流速和含沙量的垂线变化规律。     

含植被群河槽垂线平均流速分布特性实验研究

植被单元产生的形态阻力会阻碍水流,从而导致局部流速亏损,因此植被作用下的流速分布不同于明渠水流.通过水槽试验,研究了非淹没刚性植被群对单一河槽水流垂线平均流速分布的影响.采用竹签概化模拟圆形植被群落,设计了试验方案、各项参数等,进行了两组对照试验.试验表明,植被群会影响垂线平均流速的纵向分布,在植被群后流速显著减小,并且在一段距离后逐渐恢复;植被群对垂线平均流速横向分布也有一定的影响,在植被群下游附近垂线平均流速沿横向呈波谷状对称分布,而在其上游影响甚微.     

开原水文站宽顶堰流速系数实验分析

根据堰流理论对开原水文站测验河段内的永久性建筑物宽顶堰的流速系数进行了实验分析,得出低水流速系数的分布规律。低水流速系数为下部分散上部集中且以1.0为渐近的一簇扫帚形曲线,对实现利用宽顶堰进行流量测验具有重要意义。     

黄河内蒙古段封冻期垂线流速分布规律分析

对黄河内蒙占段巴彦高勒、三湖河口、头道拐3个水文站整个封冻期盖面冰下垂线流速分布演变规律进行了分析,并就封冻期常规测流采用的1点法、2点法、3点法计算垂线平均流速的误差进行了评定。结果表明：①立封河段封冻时滞留在冰底的冰花,位于主流的部分在3～5天内消失,位于主流边的部分在15天左右消失,小流速或靠岸边的部分到封冻后期消失;②立封河段在封冻初期,最大垂线流速位置往往出现在相对水深0．6～0．8处。随着冰底粗糙度的减小和冰花的消失,最大垂线流速位置约40天后上移至相对水深0．4处,之后不再上移,各层的流速梯度随着冰底愈来愈光滑在逐渐变小;③从封冻初期到开河前,平封河段的最大垂线流速位置一直保持在相对水深0．4附近,但封冻初期、中期、后期的流速梯度各不相同,初期大,中期次之,后期变小;④封冻期有效水深在1．50～2．00m之间;⑤半深流速系数在封冻前期变幅较大,在封冻中、后期趋于稳定;⑥在封冻后的15天内,流量测次的间隔时间不宜过长,一般以3天左右为宜;在封冻中、后期可根据水位的变化布置测次。