刚性非浸没式植被对弯道水流特性的影响

该文采用180°U形矩形截面弯道玻璃水槽模拟天然弯道河流,运用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter,ADV)研究刚性非浸没式植被(密度4.47%)对弯道水流纵向流速分布,横向环流及湍流动能(turbulence kinetic energy,TKE)的影响。实验结果表明,当水槽流量较小时,植被对水流的阻碍作用较小,由流速降低而导致的水深增加现象不明显,当水槽流量增大时候,植被对水位的抬升现象明显;水流受植被"阻滞"作用,弯道处纵向流速沿水深分布不再服从"对数型"分布规律,且原本水流受弯道作用后呈现的"上减下增"效果也消失;植被加快了最大流速区向凸岸转移,到达弯道出口时,最大流速区逐渐转移至断面中部区域;在植被的影响下,各断面弯道环流消失;植被会加剧水流紊动效应,导致湍动加剧,TKE增大。上述实验结论将增进研究者对植被对弯道水流特性影响的理解,同时也为泥沙疏浚,河道生态系统恢复提供指导。     

曲线坐标系下考虑植被影响的三维水沙数学模型

建立曲线坐标系下的三维水流泥沙湍流运动模型模拟弯曲渠道内布置水生植被后的水流结构和河床变形分布,计算了试验室60o弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布以及不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响。数值结果较好地再现了试验规律。计算结果表明在弯道内布置植被会改变水流流速分布情况:植被覆盖区域的水流流速降低、弯道内二次流减弱和泥沙运动减弱,而非植被覆盖区域的水流流速增大、断面二次流依然存在且泥沙运动加剧。通过比较两种水生植被布置条件下的床面变形情况,发现合理布置植被可以减缓凹岸的泥沙侵蚀,但也会加剧凸岸的泥沙淤积。     

明渠弯道水流运动规律研究现状

自然界中河流经常是弯曲的,使得弯道环流研究成为水力学及河流动力学最重要的课题之一。明渠弯道水流运动规律的研究主要包括弯道水面横比降、横向环流垂线分布和环流流速沿程分布等方面。本文对这三方面的研究成果进行了归纳与分析,并对弯道水流运动规律的研究现状进行了评述。通过罗索夫斯基的实验资料对弯道环流流速分布公式和环流流速沿程分布公式进行了检验比较,向工程界推荐出相应的计算公式。     

基于数值模拟的平原河流弯道生态治理研究

建立基于有限体积法的平面二维水动力模型对海河流域鲁北平原典型河流弯道进行数值模拟,模拟研究不同流量和不同河床形态条件下河流弯道水流流速,并根据流速与河床冲淤关系分析不同工况下河床、河道边坡的冲淤变化,选出适宜河流弯道生态治理的河床形态,即在原始自然河床基础上进行拓宽、保持自然状态的河床形态。该河床形态的弯道流速梯度小,可以减缓两岸流速分布的不均匀性,水流动力轴线趋于河道中心线;水流流速分布趋于平缓,水面横比降小,弯顶下游低流速区域小,可以减少泥沙淤积。结合土壤生物工程技术,根据弯道水流模拟分析结果,提出平原区典型河流弯道生态治理的布设方案:弯道处河床只添加生态丁坝,或在主河槽处添加高度为15 cm及以下的潜坝。治理方案模拟结果表明添加生态丁坝可以较好地改善弯道水流流场。     

非淹没刚性挺水植被对弯道水流特性的影响

广泛分布于天然河道浅滩的植被能够改变河流局部的水力特性和泥沙运移过程,为了解植被对弯道水流特性的影响,针对特定流量下凸岸侧含有刚性挺水植被的弯道,对植被密度、位置不同时水流特性的沿程分布规律开展试验探究。通过建立弯道水流概化模型,利用ADV采集三维流速数据,对比无植被和有植被（植被密度分别为0、2.2%和4.5%）条件下的流速分布,定性分析不同工况下植被对弯道水流紊动特性的作用,确定弯道环流的结构及强度。结果表明,凸岸侧植被的存在（在0°~90°弯段,1/4河宽区间内均匀分布）能有效削弱弯道环流强度,但对凸岸区的消减效果并不随植被密度的增大而加强。非植被区上下不同流向水层的分界点位置随植被密度变化而变化,且植被分布对弯道各断面不同水深处的环流结构也有影响。     

太湖水库弯曲溢洪道水流特征及优化措施研究

为了研究太湖水库弯曲溢洪道内的水流特征,并提出针对性的优化措施,采用数值模拟和物理模型试验相结合的方法,模拟试验了溢洪道的典型下泄方案,从保证水流平稳、横断面流速分布均匀、消减冲击波的角度出发,研究分析了泄槽水流特征优化的措施。结果表明:特征水流边界条件下,原设计方案泄槽内由于弯道的环流特性,水流在弯道内会产生横向冲击波;弯道右侧最大水深为6.23 m,最大水面差为5.91 m,水面差均值为3.05 m;弯道及下游直线段受冲击波的影响流速横向梯度较大。采用优化方案后,相同水流边界条件下泄槽内横向水面差减小,流速分布更加均匀,动水压强的集中情况有所改善。最大水面差下降至2.27 m,泄槽内水面差均值下降至1.31 m;各测量断面流速变异系数最大值由设计方案的58.98%降至3.94%;弯道测量断面最大压强下降48.79%。研究成果可从水力学角度为相关或相似工程的设计和实施提供参考建议。     

连续微弯弯道水力特性试验及模拟研究

为了研究河流的连续微弯弯道水力特性,通过建立曲折系数为1.07的连续弯道模型进行试验,并利用Reynolds应力模型进行模拟计算,从水面线、流速场、弯道环流及强度等方面研究了小曲折系数连续弯道水力特性。结果表明:Reynolds应力模型能够较好地模拟连续弯道水流;在同一断面,近凸岸的纵向流速垂线分布接近对数流速分布,近凹岸的纵向流速垂线分布呈随相对水深增大而先增大后减小的规律,呈现“凸肚”形;在弯道环流方面,呈现非对称的双环流结构;水面和槽底处的环流强度大于水体中部,凹岸的环流强度大于凸岸的环流强度。成果为研究小曲折系数弯道的河流水力特性提供了借鉴与参考。     

弯道植被水流中Monami现象及湍流特性试验研究

自然河流中生长的水生植物是生态系统的重要组成部分，植物的形态变化会影响水流的流动特性及污染物的输运。该文利用U型折叠弯道水槽进行试验，设置半侧分布的柔性植被，分析在弯道水流下不同流量及柔性植被配置对Monami现象的影响。试验结果表明：不同流量下的柔性植被形态存在差异，进而影响流速分布，当流量较大时，弯道中会出现Monami现象。在不同流量下，植被形态在弯道入口处呈现Monami现象、倾斜倒伏或直立；而在弯道后半程呈现Monami现象或无组织性轻微摆动。通过功率谱频率分析的高相关性证明Monami现象由K-H涡的不稳定性产生，且在弯道中，Monami频率减小。植被叶片的摆动使得湍流应力更深入植被冠层，而Monami现象的出现降低了植被冠层边界动量传输效率。此外，弯道会扩大植被冠层内扫掠主导区域的影响范围，改变无植被区的湍流活动类型。     

弯曲河流裁弯过程与机理综述

裁弯是弯曲河流演变过程的一种限制弯道形态继续发展的地貌突变事件,弯道裁弯过程驱动新河道开始新一轮周期性演变。目前对于弯曲河流裁弯的形态动力学过程、发生模式与机理和裁弯后上下游河道的响应仍需要进一步系统的归纳和综述。基于弯曲河流的颈口裁弯和斜槽裁弯已有研究成果,根据野外观测与遥感解译、水槽实验和数值模拟成果对裁弯过程与机理的研究进展进行全面总结,综述人工裁弯工程的相关研究成果。弯曲河流裁弯演变的进一步研究方向应考虑漫滩水流、滨河植被和渗流作用对裁弯过程的影响。     

弯曲复式河道水流特性数值模拟研究

为了解二维、三维模型在弯曲复式河道水流数值模拟中的应用情况,利用物理模型试验数据验证二维模型的计算结果,并对断面水面线进行了分析。可以看出,二维数模不适用于弯道水流的局部模拟,而适用于宏观水流流动的模拟。采用三维模型分析了弯曲复式河道中的二次流现象,结果表明,三维数模对于弯道水流的二次流、垂线流速分布模拟效果比较理想,可以得到弯曲河道水流运动的基本规律。     

小半径大底坡溢洪道弯道水流三维流场数值计算分析

水利枢纽溢洪道设计过程中常遇到陡槽弯道水流问题,复杂的弯道水流流态直接影响建筑物的布置和运行安全,对溢洪道陡槽弯道水力特性的研究具有现实和理论意义.本文采用RNGk-ε双方程模型模拟紊流,流体体积分数法(VOF)追踪自由水面,笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法(FAVOR)处理复杂的几何边界,成功地对小半径、大底坡溢洪道陡槽弯道流场进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律,结果分析表明数值模拟与物理实验结果两者吻合较好.     

电厂循环水流道进口水力优化研究

为减少占地、节省工程量,某电厂循环水流道初步设计选择平面弯曲、总体长度相对较短的曲线形布置形式。应用二维紊流模型进行数值模拟,分析了流道曲线引水段弯道环流运动所产生的不利影响,为遏制弯道环流运动、调整水流流速分布,对流道进口进行水力优化,将进口前沿冷却塔人字柱支墩改造成导流墩,用以控导引水段水流运动。模型试验表明,该项措施能够有效梳理弯道段水流流向,均化流速分布,控导效果可以满足要求。     

奔牛水利枢纽导流河弯道水流特性分析

奔牛水利枢纽导流河弯道对水流流动影响复杂,须从水流流态、流速分布、冲淤计算分析弯道对水流流动影响。京杭运河与新孟河流量分配不同分流比工况下,导流河流态较为平顺,局部出现较大回流区但不影响整体通航条件;导流河纵向流速分布规律较为符合休克莱弯道水槽实验成果,表明该计算方法、边界条件设置合理,计算成果较为符合实际状况;导流河转弯半径设置合理,内侧最大流速分布范围小且小于下游河床不冲流速,抗冲满足规范要求。     

基于MIKE3流场模型的河流上游明渠弯道水流三维数值模拟研究

通过三维有限元软件MIKE3对不同弯道进行数值模拟研究,其中包括对圆弯道、缓圆缓弯道及对称凸型弯道3种类型的水面超高、比降和平均流速分布进行分析.经过对3种弯道的比较分析得知,缓圆缓弯道和对称凸型弯道的流速大小和变化范围基本相似.在凹岸,近底流速小于圆弯道;在凸岸,弯道进口附近及过弯顶断面后这两种弯道近底流速较圆弯道明...     

含淹没柔性水生植被群的弯道水流特性PIV试验研究

为了研究淹没柔性水生植被对弯道水流的影响，采用水槽试验的方法，在U形弯道水槽凸岸的25°和45°附近布置相同种类的塑料草模型植被群，设置植被密度分别为密集和稀疏2种工况，采用自动水位测量系统和粒子图像测速仪(PIV)等仪器分别测量了在不同工况下植被附近及U形弯道水槽内水流的流速和水位，研究不同密度(株数/m²)的柔性水生植被对水流运动规律的影响。同时，利用测量结果对水位变化、水流流速分布、横比降变化、水头损失、水力坡降等规律进行分析。试验结果表明，弯道凸岸的水流在不同植被密度下各个断面(25°、45°、60°、90°、120°、150°、180°)的流速大小变化均呈先下降后趋于平稳的趋势；凹岸的水流在不同植被密度下各个断面的流速大小变化情况差异较大，在60°断面密集植被的流速小于稀疏植被的流速，同时在150°断面大幅度上升后再下降并在弯道出口处大于稀疏植被的流速；植被群增大水头损失和水力坡降，其中密集植被群影响最大。     

并排对称植被群密度对河道水流流速分布的影响

生长在天然河道中的植被群落是河流动力系统的基本组成要素,对河流水流特性产生影响.该文利用均匀玻璃纤维杆模拟刚性植株,并排对称地布置在水槽中心,并设置不同密度工况,研究并排对称植被群不同密度下河道水流流速分布特性.结果 表明:流速的沿程和横向变化均受到并排对称植被群落密度不同程度的影响,流速沿程变化规律受密度影响尤为明显...     

含污染物的环流非充分发展弯道湍流数值模拟

本文建立了可模拟弯道中含污染物湍流的三维部份抛物型代数应力模型，以４５°弯道为例，针对左右两岸分别泄放污染物的环流非充分发展弯道流进行了计算，对所得的水流结构及污染物浓度分布进行了分析，结果充分反映出环流非充分发展弯道流中水流结构及污染浓度分布的特点。     

基于CFD的弯道水流数值模拟

随着计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的快速发展,使得弯道水流的数值仿真研究成为趋势,但是由于弯道水流结构的复杂性,尤其是针对大模型及天然和天然河流进行数值模拟,往往需要极大的计算资源和很长的仿真时间.针对这一问题,提出RSM模型和刚盖假定法相结合的弯道水流的数值模拟方法,...     

弯道水流的基本特性及数值模拟

总结了弯道水流水面横比降、横向环流、流速重分布、分离流及弯道切应力和局部阻力等基本特性及其研究现状;建立了极坐标下沿水深平均的弯道水流平面二维数学模型;并进行了试验室180°矩形弯道和长江调关河弯两个弯道水流的实例计算。计算和验证表明：建立的弯道水流数学模型能较好地模拟弯道水面形态变化和流速重分布。     

弯曲河流塑造实验与维持条件综述北大核心CSCD

弯曲河流横向迁移的渐变过程和裁弯触发的突变过程,使得野外观测其全演变周期具有很大难度,因此开展室内水槽实验塑造和模拟弯曲小河演变具有可操作性和可控制性。通过系统地总结室内水槽塑造弯曲河流实验的实验条件与研究结果,从影响弯曲河流形成与演变的关键因素如水流、泥沙、比降和植物四个方面,对以往水槽实验成果进行对比分析。指出了前人实验研究尚未解决的若干问题,提出从正过程（弯曲至辫状）和逆过程（辫状至弯曲）两个方向去设置水槽实验条件,以期获得弯道演变的维持条件和确定弯曲-辫状相互河型转化的临界水流-泥沙-植被阈值。