河流弯道取水口河冰动力学模型的建立方法

为保障河流弯道取水口在冰期的安全、稳定运行,以黄河内蒙古段某电厂弯道取水口为研究对象,研究建立了河流弯道取水口河冰动力学模型.研究主要分为实体模型试验、数学模型开发及调试、优化排冰方案3个步骤.实体模型试验的目的是研究弯道取水口处水流的运动特性及其对河冰运动的影响,分析河冰在弯道处的运动规律及积累过程;数学模型主要包括水流非恒定流模型和冰动力模型,通过模拟不同工况下河冰的运动情况来不断优化和完善数学模型;优化排冰方案是通过运行不同的导冰筏设计方案确定出合理的设计结构,最终提出针对不同弯道取水口的合理、有效的排冰模式.     

冰期河流弯道冰水动力学行为研究

以黄河什四份子弯道为研究对象,基于2019-2020年度的凌情监测影像及现场试验数据,分析了河流弯道冰水动力学行为特征。结果表明:上宽下窄的河道形态是造成弯道卡冰的主要原因,流凌-封河阶段,弯顶节点工程对水流的顶托作用促进了上游回流区的形成;受弯道离心力作用,河冰聚集于河道凹岸一侧,并在回流区堆积形成冰桥,从而缩小了断面过冰面积,河道逐渐封冻;弯顶下游流速大且来冰量少,形成清沟,主流向河中发展;冰塞堆积于弯顶上游凹岸主河槽内,水流被挤压至凸岸非冰塞区,弯道主流易位;在稳封期,河道冰水动力特征基本不再变化,在解冻开河期,凸岸非冰塞区流速较大,主流区冰盖优先解冻且沿主流输移,回流区冰盖最后消融,河道主流逐渐恢复至畅流阶段,整体呈复归式。     

基于离散元方法与水动力学耦合的河冰动力学模型

流凌和冰坝是我国北方冬季比较常见的河冰现象,尤其冰坝,可导致严重的凌洪灾害,是河冰研究中的重要部分。本文将离散单元方法与二维水动力学相耦合,建立河冰的动力学数值模型,以模拟河冰输移、聚集、堆积,以及冰坝形成的动力过程。针对河道中大量密集且几何形状随机的流冰现象,采用扩展多面体单元对冰块进行构造,并通过离散元接触模型表征河冰输移和冰坝形成过程中冰块间的相互作用。河流水动力部分则采用考虑河冰影响的二维非定常浅水方程进行描述,并采用有限元方法进行数值计算。冰水耦合中的计算参数由河冰离散单元与其所在水动力学有限元网格节点的位置插值计算得到。通过对冰盖封河造成水位抬高过程的数值模拟,并将计算结果与理论分析结果以及DynaRICE河冰模型的模拟结果进行对比,以验证模型的有效性。在此基础上,对规则河道中河冰输移、堆积和形成冰坝的过程进行数值模拟和结果分析。通过以上河冰离散元与水动力学的耦合方法及其对河冰动力过程的数值模拟,对河冰动力过程从细观角度进行新的认识并为河冰动力过程研究提供一种有效的数值方法。     

弯道凹岸横向取水口水力特性的试验研究

文章介绍了三维声学多普勒流速仪(ADV)对不同分流比工况下弯道凹岸横向取水口水力特性进行的试验研究,并通过分析比较总结了各种工况下取水口口门断面分水宽度、流速流场分布、紊动强度和紊动动能等特性的变化规律.     

考虑取水口和支流的河流纳污能力计算模型研究与应用

为了给入河污染物总量控制以及明确水功能区限制纳污红线提供技术支持,本文基于一维稳态条件下的水质模型,建立了考虑取水口和支流的分段求和模型来计算河流纳污能力。该模型以排污口、取水口或支流入口为控制断面将功能区划分为若干河段,确定各河段的流速,逐段计算纳污能力。相对于传统纳污能力计算模型,模型在考虑了支流和取水的基础上,能更灵活地对应功能区水质目标等级在水环境质量标准限值范围内合理选择水质目标浓度,从而避免出现纳污能力过严格或过宽松的情况。将模型应用于渭河干流陕西段,考虑取水口和支流的模型计算结果为73 814.43 t a,相比于断首控制模型的36 159.96 t a和功能区段末模型的85 365.49 t a,考虑取水口和支流的模型计算结果更适中,同时模型可以得出任意两个控制断面之间的纳污能力;模型中考虑了取水口、支流及分段流速等因素,得到的纳污能力也更科学、合理,能为明确水功能区限制纳污红线及入河污染物总量控制提供技术支持。     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅰ：原理和方法

河流水沙研究一般忽略冬季河冰对泥沙输运、河床侵蚀和岸滩崩塌的影响,但北方河流如黄河等冬季冰期的防凌减灾和河道的演变均不能忽略河冰过程,亟需研究河冰全过程影响下的水冰沙耦合作用机理。本文首先总结了河冰水力学的理论发展,针对北方河流建立了二维水冰沙耦合数学模型,包括二维水沙数值模块、河冰动力学模块和岸滩侵蚀模块,并介绍了该耦合模型的求解步骤和方法。研究表明:通过三个模块间的信息传递和数据反馈,该数学模型具备模拟冰塞冰坝等极端工况下的水流变化、河冰堆积和释放、泥沙运动、河床冲淤和岸滩侵蚀等过程的能力。该模型将水沙理论和河冰理论结合起来,可用于北方河流全季节与河冰生消全过程的水冰沙耦合过程模拟,为北方河流管理提供了有力工具。     

河流水生态承载力系统动力学模型软件开发

基于河流水生态承载力理论和实践的河流健康管理模式被认为是一种科学可行的河流管理方式.水生态承载力是社会经济系统发展和水生态系统演变的耦合结果,对其演变趋势分析的科学性是河流和相应的区域管理决策支持的重要基础.本文将采用系统动力学方法模拟生态承载力变化的方法进行研究,一直来人们认为这是一种较好的方法.本论文重点介绍自主开...     

分流对弯道水流水力特性影响的试验研究

采用先进的三雏声学多普勒流速仅(ADV)对不同分流比工况下穹道水流水力特性进行了试验研究.通过分析比较总结了各种工况下弯道干水槽水流水面形态、流速场分布和表底层水体分流宽度等特性的变化规律.     

正交曲线坐标下一种有效的弯道河流数值模型

选取跟踪河道中心线走向的正交曲线坐标系,提出此坐标下的BGK Boltzmann方程,由明渠水流中微、宏观变量之间的基本关系建立了一种有效的弯道河流数值模型。通过对弯道水槽试验进行数值模拟,结果表明模型有较好的模拟弯道水流的能力。     

河冰细观模型构建中细观参数的选取

为从细观尺度对河冰开裂过程进行数值模拟分析,需要构建准确可靠的河冰细观计算模型。河冰细观模型构建需要确定细观冰结构参数,即冰晶粒尺寸、分布及冰晶边界、晶粒间初始缺陷;还需要细观冰材料参数,即晶粒各向异性、晶粒弹性模量、冰晶断裂强度、冰晶边界的力学性能。分析总结了河冰细观模型参数的选取方法,提出了参数的取值范围、量化方法及关系式,并通过黄河冰实例,对数值模拟结果与试验结果进行了对比,两者比较吻合。这些研究结果可直接用于河冰细观模型的构建。     

邵水河W形河湾多线桥壅水模型试验研究

结合邵水河某铁路多线桥壅水模型试验,对W形河湾的水流流态、流速分布、桥前壅水等情况进行了分析。结果表明:①在W形河湾上建设多线桥,且当桥位位于第一个湾顶附近时,新建桥梁对上游直河段有一定阻水作用;②在W形河湾湾顶附近的新建桥梁桥位后河湾段的壅水情况与桥前情况不同,且河湾段左右岸壅水值的变化并不一致;③在W形河湾上建设多线桥,桥梁壅水情况比较复杂,其壅水范围、最大壅水高度与河道防汛、城市防洪安全以及规划堤防的建设等密切相关,需要慎重考虑。     

黄河下游畸形河湾形态及裁弯的可行性分析

借助实测资料及模型试验研究成果,分析了黄河下游畸形河湾的形态、成因以及危害,研究了畸形河湾裁弯的可行性。结果表明:在畸形河湾充分发育的河段,在河湾的最窄处裁弯,裁弯比按3⁷控制,裁弯成功的几率大,工程效益较高,在这类河段实施引河法裁弯是可行的。     

黄河下游河势演变中的畸形河湾

河势演变中常会出现畸形河湾、横河等畸形河势。畸形河势会危及防洪安全甚至造成决口。通过搜集、分析、整理黄河下游已有的河势演变资料,以文字、河势图相结合的形式,较全面地描述了黄河下游游荡型河段及过渡型河段在进行河道整治之前及河道整治过程中曾经出现过的畸形河湾,以实例说明畸形河湾对防洪安全及以下河段河势演变的不利影响,为确定河道整治工程布置方案提供参考资料。     

模型黄河工程建设的可行性

建设“模型黄河”工程在实体模拟理论与技术、测控技术及基础设施等方面,都已具备较好的支撑条件。目前,黄委已有相当规模的试验基地,并已建成了三门峡水库、小浪底水库、小浪底至苏泗庄河段河道等大尺度的实体模型、基础试验水槽和土壤侵蚀土槽及与之相配套的人工降雨系统等;在多沙河流实体模型试验方面具有坚实的理论基础和丰富的实践经验,同时在黄河高含沙洪水模型的相似律等方面,亦取得了理论及技术上的突破;适用于不同含沙水流动床模型试验的进出口自动控制系统和水位地形自动采集系统等已投入运用,同时具有良好的智力支撑条件及投资渠道。因而,“模型黄河”工程建设是完全可行的。     

黄河水库实体模型建设

黄河水库实体模型系统主要由已建或拟建的干支流骨干工程的模型构成。近期重点建设三门峡水库模型及小浪底水库模型，并将降低潼关高程的各种措施研究、小浪底水库与三门峡水库凋水调沙联合调度关键技术研究及小浪底水库拦沙后期运用方式研究等作为近期试验研究的主要内容。黄河干支流其他水库模型的建设根据未来生产实际的需要予以安排，主要有碛口水库模型、古贤水库模型和大柳树水利枢纽模型等。     

基于电容感应技术的黄河冰层厚度监测方法

根据空气、冰与水不同的介电特性,利用空气层、冰层和水层3种不同介质组合成的电容传感器容值不同的原理,研制了电容感应式冰层厚度传感器,其可将采集的冰层厚度信息通过GSM短消息进行传输,实现对黄河冰层厚度的测报。电容传感器采用同面规则排列的多极结构,激励信号经多路开关从上至下分别接通电极,获取不同电极板间的电压值序列,将电压值信号经过合理的算法进行数据处理和分析,能准确测量冰层-水层、冰层-空气层的分界面,计算两个分界面的距离,就可得出冰层的厚度。应用结果表明:电容感应式冰层厚度传感器的测量数据与手工实测数据非常接近,在某些测量点存在约10%的测量误差,基本能满足冰水情测量的要求。     

河道实体模型体系建设

介绍了“模型黄河”河道实体模型体系的主要构成部分——五大子模型原型河道的基本情况、存在的主要问题、主要研究内容、模型模拟范围及比尺等。河道实体模型体系工程的建设和实施，将极大地提高黄河河道治理开发、防洪减灾等的决策水平，从而产生巨大的社会效益和经济效益。     

"模型黄河"工程建设的必要性

黄河是一条多泥沙河流，治理开发黄河离不开生产实践和科学试验。“模型黄河”工程可以系统地反映影响黄河变化的各种因素和它们相互之间的关系，能够将一些抽象的现象直观地展现在人们面前甚至可以量化，能够直观反映各种不同治理方案的结果。建设“模型黄河”工程，是解决治黄重大问题的要求、认识黄河基本规律的要求、黄河问题复杂性的研究要求、“三条黄河”联动的要求，也是现代治黄和科技治黄的必然选择。