复式河道漫滩水流计算

漫滩常常出现在天然河流中，特别是冲积平原地区。漫滩水流有着不同于一般明渠水流的特征，所以，复式河道漫滩水流的研究对洪水预报、河床演变有着重要的实际意义。本文采用计算复式河道漫滩水流的动量交换法和常规方法对金马河复式河床给定水位下的断面过流流量进行计算，为金马河洪水预报提供数据参考。     

漫滩水流的二维流速分布及水力学计算

漫滩水流的水流结构及水力学计算问题,前人已作了大量的工作,提出了一些水力学计算经验关系式,但由于其局限性较大,难以广泛应用.谢汉祥根据动量传递理论,考虑了漫滩水流剪应力沿横向的变化,导得了滩槽垂线平均流速沿横向分布的理论计算式,在理论上取得了较大的进展,但仍未解决点的时均流速二维分布问题.本文对此求得了二维分布的理论解,进而求得滩槽流量分配.     

瞬态复式明渠水流的横向流量交换

当洪水在复式渠道中演进时，主河道与洪漫滩之间会发生横向流量交换。在应用瞬态一维耦合水流复式渠道模型演算洪水传播时，有必要对这个横向流量交换作一估算。对于洪漫滩底坡为零时的全漫滩洪水和部分漫滩洪水，本文导出了以当地主流水深和洪漫滩水流深度表达的主流与漫滩间流量变换的两个简化理论公式。数值试验结果与这些理论公式所表达的趋势相当吻合。本文还为实际应用提出了经验回归公式。     

黄河下游宽河段漫滩洪水作用初析

通过实测资料分析,阐明黄河下游宽河道在持续萎缩的情况下漫滩洪水仍具有较强的淤滩刷槽的行洪特点,指出漫滩洪水造成的滩地淤积主要来自于滩槽水流泥沙的横向交换。通过2002年的调水调沙试验,验证了漫滩洪水可有效增加平滩流量的认识,建议在下游泥沙还没有得到有效控制的情况下允许洪水在一定范围内漫滩,这样从长远来看对防洪是有利的。     

宽窄复式河道水流运动特性的试验研究

在分析水槽试验资料的基础上，首次对宽窄复式河道的滩槽过流能力、断面平均流速、垂线流速及横向分布等水流运动特性进行了研究．研究结果表明，宽窄复式河道的主槽流量随着滩槽宽度比的增大而减小，滩地流量随着滩槽宽度比的增大而增大；水流发生漫滩之后，随着水深的增加，主槽流速先减小后增加，滩地流速不断增加，二者的变化幅度与滩槽宽度比有关；在大部分区域内垂线流速偏离对数分布，主槽一般偏小，滩地偏大；垂线平均流速沿横向分布与一般复式河道相似，但滩槽流速差别减小．     

漫滩水流特征综述

水流漫滩后,主槽流速减小,滩地流速增大,但主槽流速大,滩地流速小,滩槽之间流速的差别使滩槽交界面上产生剪切力,两部分水流在交界面上发生动量交换,滩槽交界面产生大量次生流、旋涡,并伴随着大量的能量耗散。滩槽的边壁切应力分布不均,尤其是滩槽交界面处。流速和切应力不均匀分布导致了主槽水流含沙量降低,滩地水流含沙量升高。从五方面对漫滩水流特征的研究成果作简要概述。     

黄河下游主槽恢复目标研究

维持黄河下游主槽断面良好的形态和大小对保障河道的排洪输沙功能至关重要,而平滩流量是一个能够综合反映主槽形态和大小的指示性因子.本文利用实测水文数据,分析了非漫滩情况下流量-流速关系,认为在非漫滩情况下,尽管平滩流量越大,洪水输沙效率越高,但当平滩流量大于5 000～5 500m3/s后,其单位水量的输沙能力增加甚微;而且,从与未来洪水相适应角度,下游平滩流量也不宜大于5 000m3/s,否则将降低其输沙效率.文章还分析了不同平滩流量对排泄设防大洪水的影响,认为平滩流量达4 000m3/s以上才可基本满足防御大洪水的要求,应作为平滩流量下限.基于此,文章建议将"平滩流量4 000～5 000m3/s作为黄河下游健康主槽的标准.进一步分析了下游汛期水量与主槽的响应关系,认为小浪底水库拦沙期结束前下游平滩流量恢复目标宜为4 000m3/s左右.     

考虑滩地横比降漫滩水流二维流速解析解研究

黄河下游河道滩地横比降较大,大洪水时漫滩行洪,滩槽水沙交换剧烈,考虑滩地横比降的影响既符合实际又具有较强的理论意义。漫滩水流流速是研究河流横断面形态调整的重要水力参数,目前对其二维解析解的研究均未考虑滩地横比降的影响。在前人研究基础上,推导出考虑滩地横比降影响的漫滩水流运动方程,拟合无因次横向涡黏性系数计算公式,求解滩地垂线平均流速横向分布的解析解,并利用实测资料进行验证。验证结果表明该解析解可以用来计算滩地垂线平均流速横向分布。     

刚性植被作用下复合明渠水流特性实验研究

为了研究在漫滩上生长有刚性植被的天然河道水流特性,在单侧具有二级漫滩的实验室复合水槽中,在一级和二级漫滩上布设刚性植被,进行了水流实验。根据水深,设置了四种不同方案(方案1-方案4),每种方案下,又根据漫滩上是否布置植被及植被的布置方式,设置三种子方案。利用三维激光多普勒测速仪(3D LDV)和水位计等仪器对水流流速、水位及紊动强度等物理量进行实测,计算了不同方案下的水头损失和水力坡降等,对实测数据进行了比较分析。实验结果表明,与无植被情形相比较,漫滩上布置刚性植被时,会在一定程度上增大植被区水面坡降、水头损失、水力坡降及紊流强度;在植被数相同时,植被交错布置方式比平行布置方式对水力要素的影响较大。     

黄河下游高含沙洪水河床演变模式及异常现象探讨

高含沙洪水强烈快速的造床作用是造成水位，流量异常的根本原因，在嫩滩淤积，高滩深槽塑造时期，过水断面面积大幅度减小，使水位陡涨，水位偏高，造成洪水漫滩，而当高滩深槽发展到一定程度后，高含沙水流使主槽发生强烈冲刷，水位陡落，并进而使前期漫滩水流迅速回归主槽，当水位陡落发生在洪峰顶附近时，即可造成最大洪峰流量沿程增大的异常现象。     

漫滩水流水沙运动规律的研究

本文根据漫滩水流的运动特点，将漫滩水流的复式断面分为主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区及边壁区等4个区，并给出了各区宽度的经验公式.根据滩槽交互区垂线流速分布的变化特点，提出了附加尾流函数的对数流速分布公式.在简化水流运动方程和泥沙扩散方程的基础上，对滩槽交互区内垂线平均流速及含沙量沿横向分布进行了理论分析，提出了反映滩槽水流动量交换强度的横向涡量粘性系数及横向扩散系数的表达式，得到了漫滩水流垂线平均流速及含沙量沿横向分布的解析解，并与实测资料吻合较好。     

复式河槽水位流量计算误差分析及方法对比

水位流量关系是推算水面线的重要依据。复式河槽的水流漫滩时,直接运用曼宁公式计算水位流量关系会产生很大的误差,并会出现流量随水深增加而减小的不合理现象,为此分析了复式河槽垂线平均流速的横向分布及曼宁公式中流量-水深函数的单调性,探讨了这种误差及现象出现的原因;然后以实测资料为依据,对比分析了以曼宁公式为基础的水平分割法、垂直分割法、对角线分割法、湿周修正法及权重分割法与传统理论方法(谢汉祥法、河槽协同度法)计算复式河槽水位流量关系的精度,进而讨论了改进后的曼宁公式在复式河槽中的适用性。结果表明,主槽与滩地的流速差使漫滩水流发生横向运动,并在滩槽交界处形成大量的动量交换,其作用机理完全不同于单一河槽,故曼宁公式不能直接应用于复式河槽;复式断面的水力半径增长率与湿周增长率满足一定的条件时,曼宁公式中流量-水深函数单调递减,漫滩初期流量随水深增加而减小;对比不同计算方法的结果发现,湿周修正法精度最低而不推荐使用;水平分割法、垂线分割法、对角线分割法及权重分割法的精度与传统理论方法接近甚至更高,因此这些改进后的曼宁公式能够较好地适用于复式河槽。由于对角线分割法在所有方法中精度最高且计算简便,故计算复式河槽水位流量关系时推荐采用对角线分割法。     

漫滩挟沙水流流速横向分布研究

在建立漫滩挟沙水流掺混区横向涡粘性系数表达式的基础上，根据水深平均的水流运动方程，得到掺混区流速横向分布公式，经验证，该公式与实测资料基本上吻合。     

黄河下游不同流量级洪水冲淤特性的计算与分析

运用黄河下游水文学冲淤计算模型,对2002年和2009年小浪底水库调水调沙试验方案进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。以2002年调水调沙总水量为控制指标,选取2002年地形(长期淤积)和2009年地形(长期冲刷)为边界条件,以清水下泄和来沙系数为0.01 kg.s/m6两类洪水,按照不漫滩、平滩和小漫滩三种方案,计算了黄河下游河道在不同边界条件下的滩槽冲淤量,以及各河段平滩流量的变化特征,对比分析了两类洪水在不同方案下的滩槽冲淤效果。对于清水冲刷,当以下游河道的最大平滩流量控制小浪底水库下泄流量时,全下游的冲刷效益最大。对于来沙系数为0.01kg.s/m6的高含沙水流,流量级越大,全下游的主槽冲刷量和平滩流量增幅越大,但淹没损失也较大。需要通过进一步研究,得到使全下游冲刷效益和淹没损失达到最优化的流量,作为小浪底水库的调控下泄流量。     

漫滩水流的数值模拟

本文应用k-ε-A紊动应力模型,将压力速度修正法与有限分析法相结合,对具有对称、非对称断面以及不同边壁糙率的漫滩水流问题进行模拟。与某些实验资料比较表明,该模型可以很好地计算切应力沿湿周的分布,以及通过主槽和漫潍断面的流量。     

复式断面河槽流速横向分布及其对滩唇形成的影响

通过对水流微小控制体进行受力分析,建立了复式断面流速横向分布模型,该模型考虑了侧向副流惯性力的影响。采用实验资料对该模型进行检验,模型计算值与实测值符合较好。运用该模型计算了不同条件下复式断面流速和挟沙力的横向分布,并定量分析了横向分布特性对滩唇形成的影响。分析表明,水流漫滩时,复式断面的横向挟沙力变幅较大,尤其是在主槽和河漫滩交界处,挟沙力减小迅速,而含沙量减小相对较小,泥沙发生淤积,容易形成滩唇。单从水流挟沙力角度考虑,水流漫滩后水深越小、滩槽的糙率差越大,越容易形成滩唇。     

2012年宁蒙河段洪水特点及对河道的影响

利用实测资料分析了2012年黄河上游洪水的水沙特点和洪水演进、传播特性以及洪水对河道冲淤的影响,结果表明:2012年黄河上游洪水水量大、沙量小、漫滩严重,洪水传播速度慢,洪水峰型沿程有所改变;洪水期河道冲淤调整剧烈,整个宁蒙河段河槽冲刷1.916亿t,滩地淤积量达2.032亿t,冲刷以中粗沙为主。洪水对河道排洪能力的恢复作用显著,洪水后内蒙古河段代表水文站同流量水位下降0.43~0.63 m,平滩流量增大了201~588 m3/s。漫滩洪水对宁蒙河段河槽的塑造作用较大,建议充分利用大漫滩洪水维持宁蒙河道的长期排洪排凌能力。     

复式分汊水槽水流特性试验研究

黑龙江等平原河流水域宽广,常形成分汊河道形态,汊道两侧往往具有宽阔的河漫滩,河道成复式断面形态。为探究以黑龙江为代表的复式分汊河道水流运动特性,以流量和主槽深度作为试验变量,设计了清水冲刷的对称分汊水槽试验。试验所得水流运动特性,对预测黑龙江滩洲的演变及稳定发育提供一定的理论依据。分析表明,水流纵向、横向流速平面分布主要受分汊形态影响,水流横向流速分布有"小水作弯,大水趋直"的特点;断面流速横向分布与水槽断面形态和位置有关,主槽对水流的约束作用和滩槽的相互作用对水流的结构造成影响,分流段水流有"底部作弯,顶部趋直"的特点。在江心洲洲头两侧存在纵向及横向流速的高值区,洲尾有流速低值区,故应该重点关注江心洲洲头两侧冲刷和洲尾淤积。     

黄河下游河道大断面平滩流量推算新方法

为尽可能准确地计算黄河下游各河段尤其是瓶颈河段的平滩流量,推求了河道大断面平滩流量计算的新方法。结论认为：①用曼宁公式等方法计算诸如黄河下游河道这样的河流大断面的平滩流量会带来很大的偏差;②用相对水位流量关系来反映断面与绝对高程无关的水位流量关系,认为相对水位流量关系沿程是逐渐变化的;③提出了在汛期利用经过分析取舍后的出水高度资料计算平滩流量的实时校正的方法,但这种方法计算的平滩流量多数情况下偏于保守;④新方法的计算结果很大程度上依赖于观测资料的精度和可靠性,因此,在利用实测资料之前需要对其进行具体分析。     

基于等效阻力的植被化复式河道流速分布研究

天然河道中许多都是具有主槽和滩地的复式河槽,水流漫滩以后,复式河槽的水流结构发生复杂的变化.而天然河道漫滩上常常生长着各种植物,水中植被的存在增加了河床的阻力,如何确定流速分布和流量十分重要.本文基于植被作用下水流阻力的等效平衡原理,提出刚性植被等效附加阻力系数以及植被等效综合阻力系数的计算方法.通过运用SKM方法计算植被作用下的复式河槽垂线平均流速的横向分布,结果表明,本文提出的植被等效综合阻力系数的计算方法是可行的,能较好地确定植被作用下的复式河道垂线平均流速的横向分布.