低影响开发措施的城市雨洪控制效果模拟

以广州市某小区为研究对象,根据实测降雨径流资料,结合现状排水管网,建立暴雨雨水管理模型(storm water management model,SWMM),模拟不同降雨条件下的产流与排水状况。基于SWMM的低影响开发(low impact development,LID)模块,模拟分析采用渗透铺装、下凹式绿地、雨水花园和LID组合方案对城市雨洪的控制作用。结果表明,采用渗透铺装、下凹式绿地和雨水花园等LID措施,洪峰流量和径流系数均明显降低,可有效缓解市政管网的排水压力,各种LID措施的雨洪控制效果在低重现期降雨时更为显著。其中雨水花园对径流系数和洪峰流量的削减效果最显著;LID组合措施对洪峰的削减和滞后作用较好;下凹式绿地和渗透铺装单独布设的雨洪控制效果一般。     

岩体饱和/非饱和渗流表征单元体积浅析

岩体渗流表征单元体积(REV)是衡量等效连续介质渗流模型实用性的重要标准，也是数值计算中对岩体渗流进行网格剖分的基本尺度。本文从统计分析角度导出了岩体饱和渗流REV的表达式，从机理分析角度探讨了单裂隙非饱和渗透率表征单元面积(REA)随饱和度变化的关系。提出“REV-REA相似扩大假想”，建立了岩体非饱和渗流表征单元体积与单裂隙非饱和渗透率表征单元面积的相似对应关系。计算表明，在中等饱和度下单裂隙渗透率REA较小，而在低饱和度及接近饱和状态下单裂隙渗透率REA较大，文中从饱和度变化与沟槽流发育程度的关系对这一变化趋势进行了合理解释。算例中，采用开度分布的随机均匀场定量分析了单裂隙非饱和渗透率REA与饱和度的变化关系，基于REV-REA相似扩大假想求取了岩体非饱和渗流REV的大小。     

地下水流速及介质非均质性对重非水相流体运移的影响

重非水相流体(DNAPL)在地下介质中的运移分布受多种因素影响,包括DNAPL的物化性质、泄漏速率、地下水流速和介质非均质性等。本文采用地质统计方法生成渗透率随机场刻画非均质性,运用T2VOC模拟不同流速情形下DNAPL在均质/非均质介质中的运移分布,以评估地下水流速和非均质性对DNAPL运移的影响。研究结果表明,地下水流速的增大显著促进了DNAPL的水平和垂向运移。相同流速情形下,非均质性的增强使得DNAPL污染羽分布形态及运移路径的空间变异性增强,出现明显的蓄积和绕流。当DNAPL运移的优势通道方向与流速方向相反时,水流对DNAPL水平运移的促进作用将减弱,反之,其促进作用增强。随着流速与非均质性的同时增强,水平方向上污染羽的扩散范围增大,另外水平和垂直方向上质心位置(一阶矩)及展布范围(二阶矩),污染池起始位置及其长度的空间变异离散程度增大。     

含沙空化对轴流泵内流动特性的影响

采用SST k-ω湍流模型模拟轴流泵在清水非空化、含沙水非空化、清水临界空化、含沙水临界空化4种状态下的流动特性,分析含沙量和临界空化对泵内流动特性的影响,确定轴流泵在不同状态下的不稳定运行区域。结果表明:在叶片工作面上,非空化和临界空化状态下轴向速度流动系数均分布在-1附近,非空化状态下径向速度流动系数和绝对速度流动系数分别分布在0.6和1.2附近,临界空化状态下径向速度流动系数和绝对速度流动系数分布在1附近。叶片背面进口和出口位置的流动系数最为敏感,空化会引起此处流动系数的剧烈波动,尤其是加入泥沙后,波动更为显著,故叶片背面进口和出口位置为叶轮内的流动不稳定区域,空化和泥沙主要影响此处。未发生空化时,含沙量基本不改变叶轮内流动状态;当泵内发生空化时,在叶片尾端出现流动分离漩涡,加入泥沙后,尾端的漩涡范围变大,叶轮内的流动状态发生改变,说明空化和泥沙均是影响叶轮内流动特性的主要因素。     

黄河下游傍河水源地开采对水循环影响的研究

通过建立地下水流模拟模型,对傍河开采给黄河下游地下水循环、侧渗量及径流量带来的影响进行了分析。结果表明：①在黄河下游悬河段建立11个傍河取水的地下水源地,有利于水资源的多年调节和合理开发利用;②傍河取水改变了地下水的循环途径,有利于水资源的合理转化,有利于“三水”转化和改善水质;③傍河水源地大规模开采不会对黄河径流量产生明显影响。     

平口管口处气泡行为特征数值模拟

为研究平口管口处单个气泡行为特征,采用流体体积模型(Volume of Fluid, VOF)方法,数值模拟研究气泡的膨胀脱离过程,对比分析了浸没方式、管径、气体速度、液体密度和表面张力对气泡膨胀脱离时间和脱离直径的影响规律。研究结果表明:在3种不同管口浸没方式下,气泡膨胀脱离时间均随管口气体速度增大而降低,但降低速率逐渐减小;在底部和顶部浸没方式下,气泡膨胀脱离时间和脱离直径随表面张力增大而增加,随液体密度增大而降低;对于侧面浸没方式,气泡膨胀脱离时间和脱离直径随表面张力增大整体呈上升趋势,而受液体密度影响不大。气泡膨胀脱离时间与气泡脱离直径呈正相关。所建立的数学模型能够真实地模拟气泡形成及运动特征,从而提供一个有效的研究方法。     

长江流域水资源开发利用率初步研究

对健康长江评价指标体系中一个重要的指标—水资源开发利用率进行了初步研究。选择重要的关键因素建立评价指标体系对长江流域及典型区域的水资源开发利用现状进行了综合评价与分析。对长江流域及各主要水系的水资源可利用量进行分析,研究水资源可开发利用率。在以上研究的基础上,对长江流域的水资源开发利用率健康参考值进行研究,分析长江流域及典型区域水资源开发利用率指标对应的河流健康状况。     

无粘沙质床面上冲积性河湾形成和演变规律自然模型试验研究

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型,并利用室内物理模型试验进行验证,验证结果表明,数学模型能够较好地模拟弯道内水流的流速分布以及湍流特征。以验证后的模型为工具,对具有不同平面形态和床面形态的弯道中的水流运动进行了模拟,模拟结果表明：弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性,同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸,流速的沿程变化也较平整床面更为复杂;另外,与对称型河弯（正弦派生曲线型）相比,非对称河弯（Kinoshita派生曲线型）中在两弯顶中间存在较多的低流速区,有利于泥沙的落淤,而对岸流速一般较大,形成河岸的快速崩退,这能够从一个侧面解释非对称河弯向下游方向整体的快速迁移。