甬江洪枯季水沙特性分析

基于2010年7月(洪季)及2011年1月(枯季)甬江水文、泥沙观测资料,从潮位特征、涨落潮历时、流速、潮量、含沙量分布和输沙能力等方面分析甬江洪枯季水沙特性.分析表明:(1)甬江洪季最高潮位、最低潮位、平均潮位和最大潮差略大于枯季.(2)洪季大潮的平均涨潮历时比枯季长,平均落潮历时比枯季短,小潮时则相反.(3)甬江洪枯季断面垂线平均流速表现为大潮大于小潮,落潮大于涨潮,流速沿程增加,进潮量与涨潮差线性相关;(4)断面垂线平均含沙量呈现枯季大于洪季、大潮大于小潮的特征,且含沙量的垂线分布为Ⅱ型;引入背景含沙量,建立了洪、枯季的水流输沙能力公式.     

潮汐双向流条件下丁坝水流特性研究

以长江口南支河段为原型,概化并建立水槽数学模型,研究径潮双向流条件下丁坝附近的水流结构。研究表明:丁坝一侧河岸,丁坝下游潮差远大于上游,在丁坝上游潮差小于对岸侧,下游潮差大于对岸侧;落潮时,丁坝回流区与壅水区长度大于涨潮,转流时刻,丁坝坝头附近流速相对较大;河床底部剪切应力变化在涨落急时刻最大,且落潮大于涨潮,转流时刻坝头及坝身迎水侧剪切应力增加明显。     

椒江口整合工程影响下的动力沉积作用

根据椒江河口的水文测验资料，分析了整治工程对河口动力沉积作用的影响。整治工程后使大、小潮时的涨落潮流速度普遍增大，落潮流速大于涨潮流速；涨、落潮流时含沙量增大，落潮时的含沙量大于涨潮；在涨、落潮流作用下，椒江口南槽受冲刷，深槽发育，北槽淤浅，浅滩发展。     

长江河口南槽近期滩槽水沙输移特性分析

为了深刻认识近期长江河口演变趋势,依据2005,2006年和2010年长江口南槽滩槽洪枯季实测水文泥沙数据,分析了主槽与浅滩的水动力条件及悬沙浓度的时空分布特征。利用机制分解法,研究了河口滩槽间泥沙输移及交换机制。研究结果表明,长江口南槽主要以往复流为主,落潮流速大于涨潮流速。随着水深变浅,水流流速过程线存在差异,使不同区域的水流挟沙能力和输沙过程不同。输沙以平流项输沙通量为主,但潮泵作用在南槽地区泥沙输移中也占有重要地位,形成"主槽出沙、浅水进沙"的输沙模式,促使南汇边滩前缘缓慢淤涨。     

长江口南港水动力及悬沙的时空分布特征

通过2011年8月中旬一个大潮期间长江口南港某横断面上的5个定点水沙观测资料,分析了南港水动力及悬沙在潮周期及横断面上的分布特征。结果表明:在时间尺度上,南港潮位波动以半日分潮为主,日分潮较小;受径流及Stokes漂流的影响,涨潮流流速明显小于落潮流流速;含沙量随潮波动现象明显,波动频率是潮流的2倍;在空间尺度上,南港纵向流速最大值分布在南侧主槽,转流从北侧副槽率先开始;侧向流主要是由科氏力对纵向流的偏转作用形成;北侧副槽平均含沙量大于南侧主槽;半日潮流驱动下,平均含沙量在急流和憩流时刻将分别增大和降低;半日潮流和余流共同驱动下,在落急时刻和涨急时刻分别会增大和降低平均含沙量。     

兴化湾海域泥沙特征及地形变化分析

为了查明兴化湾海域泥沙特征及地形变化,基于2013年7月份兴化湾海域水文泥沙测验资料,分析了研究区域的泥沙分布特性,并结合兴化湾深槽历年实测数据探讨了悬沙运移对其水下地形变化的影响。分析结果表明:测区含沙量较小,本次测验平均含沙量为0.062 kg/m³,大潮的平均含沙量较大,小潮的平均含沙量较小;含沙量的涨、落潮变化明显,最大含沙量多出现在最大涨急时刻附近,最小含沙量多出现在最大落急时刻附近,表明测验海域泥沙受到的扰动较小;各测点涨潮输沙率占优势,但涨、落潮输沙率绝对值都很小;研究海域泥沙随潮流往复进出,总体上为涨潮流方向,即由东南向西北运移,这与江阴壁头附近的情况相吻合,即深槽宽度不断向两侧扩展,而海底水深稳中有冲,基本处于略有冲刷的平衡状态。     

珠江磨刀门河口悬沙浓度变化特征分析

根据2011年枯季和2012年洪季在大、中、小潮期间的多点同步现场观测资料,分析研究了磨刀门河口悬沙浓度变化特征。结果表明:磨刀门口悬沙浓度纵向分布呈近岸高,远岸低的趋势;横向分布具有季节性差异,洪季主槽大于滩地,枯季滩地大于主槽;垂向分布洪季主要以斜线型分布为主,枯季主要以抛物线型分布为主。潮周期平均含沙量大潮普遍大于中、小潮;洪、枯季磨刀门口外落潮含沙量普遍大于涨潮含沙量。洪季含沙量混合较为均匀,落潮时含沙量增大,涨潮时含沙量减小,枯季含沙量分层明显,。受波浪潮汐作用,一个周期内有多次明显的再悬浮过程,涨潮时增大,落潮时减小。     

澳门东侧水域夏季潮流动力时空变化特征

珠江河口澳门东侧水域是伶仃洋西滩和澳门水道洪季重要水沙通道,基于洪季实测资料分析显示,澳门东侧水域为不规则半日潮流,洪季澳门东侧水域整体涨潮平均流速21～23 cm/s,落潮平均流速18～29 cm/s,涨潮流态为N—NNW向、落潮流态为S向,流态基本稳定,靠外海侧潮流动力更强。潮周期内水域平均流速主要取决于潮型大小,洪水径流主要对余流和历时有较明显影响,洪水期水域北侧形成滞流区,南侧水沙朝伶仃洋口外净输移。40%水深范围内的水流垂向动力结构受海面风影响显著,且近海面10%水深范围余流流向与海面风向具有较好的跟随性;西南风作用下,最大水平流速梯度出现在潮周期内的第二次涨憩至落憩阶段,与潮周期内的最大含沙量出现时间相对应,由于水域北侧水深浅,床面剪切梯度力整体大于水域南侧,导致水域北侧含沙量显著大于东南侧。综合分析来看,天文潮、洪水径流和海面风是澳门东侧水域的主控动力因子,水域北侧浅水摩擦阻力较南侧显著增强,造成垂向涨落潮历时和相位的差异,形成该水域较为特别的“表层汇、中底层散”的垂向动力结构特征,洪水期大量淡水径流下泄进一步加剧了该趋势,导致表层冲淡水朝东侧漂移、底层高盐水向近岸入侵。     

条子泥二分水滩脊地貌动力与演变特征研究

通过对条子泥二分水滩脊的现场水文调查、滩面表层沉积物采样、断面高程测量等实测资料的分析整理,并结合近几十年来的遥感卫星图片资料,研究了条子泥二分水滩脊的地貌特征、沉积特征、水动力特征及其历史演变规律.结果表明:(1)二分水滩脊自西向东方向呈斜坡式下降,坡度约为0.64％,平均高程约为0.5m,脊部宽约1km,将条子泥沙洲分隔为南北两大地貌单元;二分水滩脊表层沉积物以砂质粉砂为主,自堤向海方向沉积物逐渐变粗.(2)测量期间落潮平均流速大于涨潮平均流速,流速自表层向下逐渐减小,涨、落潮最大流速均出现在表层;涨潮平均含沙量大于落潮平均含沙量,涨、落潮最大含沙量均出现在底层;涨潮单宽平均输沙量为1.30 kg,落潮为1.07 kg,表明沉积物来源丰富.(3)二分水滩脊位置并不固定,1974年以前二分水滩脊在蒋家沙-铁板沙一线近似呈直线条带状分布,此后逐渐北移,至2000年北移约15 kn至条子泥内缘区中部一竹根沙一线;2000年至今逐渐南移4.5 km.     

珠江河口磨刀门口外东西两汊实测分流比分析

磨刀门是珠江河口八大口门中泄洪量最大的口门,口外已形成稳定的东西两汊滩槽格局及中心拦门沙。两汊的分流比是磨刀门河口治理的重点关注问题。根据磨刀门河口及口外东西两汊2015年9月10～11日大潮同步水文观测资料,分析了东西两汊实测流速、流向及分流比特征。结果表明:东西汊总体以往复流为主,在转潮过程会出现一定的旋转流;落潮时表层流速大,底层流速小;涨潮时底层流速大,表层流速小,在转潮时刻会出现短暂表落底涨的现象;西汊的落潮量分流比大于东汊,且净泄量分流比为66%,是磨刀门入海口的主要泄水通道;而东汊的涨潮量分流比大于西汊,是磨刀门入海口的主要涨潮通道。因此,在磨刀门口外治理规划时,需重点考虑东西两汊的自然演变及分流比情况,保证其泄洪纳潮的功能。     

水动力条件对水体自净作用的影响

通过水槽实验和理论分析,研究了水动力条件对水体自净作用的影响,发现水流流速是影响水体自净作用的主要因素之一,不同断面及水深条件下水体自净作用的差别不是特别明显。分别采用生化需氧量-溶解氧耦合模型和化学一级反应拟合并预测了水质随时间的变化关系。水流流速的增加在一定程度上提高了水体复氧能力,增强了水体的自净作用。当流速超过一个临界值使得底泥再悬浮发生时,水体自净作用在短时间内急剧降低。在引水工程中,合理控制和设计水力参数(流速流量、取水周期及间隔、增加消能水工建筑物)是控制水体水质的有效措施。     

洮儿河河湖连通系统洪水资源利用边界阈值研究

河湖连通工程的实施为洪水资源的引蓄利用提供了有力保障。洪水引蓄过程中,安全与效益并重。基于洪水的双重属性,文章利用MIKE11一维水动力学模型及相关的流量、水量计算方法对洮儿河白城境内的河湖连通系统洪水引蓄的安全值以及各受水单元(湖泡、湿地、灌区)的需水量进行了界定。结果表明:20年一遇及以下量级洪水可保证河道全线安全引水,河道最大安全流量为2 140 m~3/s;河道三个区间的生态基流分别为4.79 m~3/s、3.19m~3/s、2.97m~3/s;河道外受水单元需水量上限值为9.38×108 m~3,需水量下限值为5.60×108 m~3。河湖连通系统加强了河道内外的水力联系且河道内外供需水相互影响,边界阈值的确定将为洪水资源利用过程中的调度决策提供重要参考。     

冰水二相流渠道流冰输移演变规律及其安全运行措施研究

针对我国新疆、青海地区为数众多且无法采用冰盖下输水的宽浅式渠道工程,开展冰水二相流输运机理及运行调控技术研究,对于解决这些地区冬季用水矛盾、节省工程改造投资具有重要意义。以新疆北部地区某电站引水渠为例,通过构建一维渠道冰水力学数学模型,研究渠道流冰输移和发展规律,分析气温、出库水温、输水流量等关键因素对渠道冰情的影响,并提出冰水二相流渠道的安全运行措施,对实现冰水二相流安全水力调控、解决我国西北地区冬季缺水问题具有一定参考价值。     

基于流固耦合的富水软岩地层隧道排水方案研究

为研究富水软岩隧道最优排水方案,以甘肃省道S304线关山隧道为研究对象,基于流固耦合分析理论,建立了应力场和渗流场作用下的隧道开挖模型。借助SoilWorks有限元软件对隧道全排水、全封堵及堵水限排三种施工方案进行了模拟,并对孔隙水压力及水位线、位移场及应力场、围岩塑性区的分布规律进行了研究。结果表明:富水软岩隧道开挖时,采用堵水限排方案可以有效减小对地下水位的影响,经济效益显著;三种施工方案中,堵水限排方案隧道的拱顶沉降、隧底隆起以及地表下沉量最小,但围岩的应力最大,仰拱最大拉应力为全排水方案的2.2倍;全排水方案与全封堵方案围岩塑性区主要产生在仰拱,堵水限排方案围岩塑性区主要产生在边墙两侧,塑性区的范围较小。研究结果可为富水软岩地层同类工程排水方案的确定提供借鉴。     

压实水泥湿陷性黄土的力学特性

为拓展压实水泥土在黄土地基处理中的应用,以水泥掺量、粉煤灰掺量和含水量为因素,设计L9(34)正交试验方案,击实试验法成样,试验研究了压实水泥黄土28d和56d的力学特性,分析了各因素对水泥土的干密度、强度和弹性模量的作用规律、作用机理,弹性模量与强度的关系。结果表明:粉煤灰掺量对压实水泥黄土的干密度影响极显著,含水量的影响显著,水泥掺量的影响不显著。水泥黄土的最大干密度和最优含水量应考虑粉煤灰掺量的影响,可不考虑水泥掺量的影响。粉煤灰能显著提高压实水泥黄土的强度和弹性模量,尤其是后期强度。水泥掺量对压实水泥黄土两个龄期的强度和弹性模量影响均极显著,粉煤灰掺量的后期影响极显著,含水量的影响显著。     

南水北调中线渠系蓄量补偿运行控制方式

南水北调中线渠系采用闸前常水位的运行方式,即渠道下游常水位运行方式的水位控制点位于下游渠道的节制闸闸前。采用下游常水位运行方式,有利于按照最大过水流量进行渠道设计,使得渠道的超高最小,从而施工成本最少。在分析闸前常水位运行方式的响应与恢复特性、蓄量补偿时间的基础上,提出了闸前常水位运行控制方式,并设计了蓄量补偿的前馈控制策略和水位流量串级的水位反馈控制器。以南水北调中线总干渠的部分渠道为研究对象,在典型工况下进行运行控制仿真,并把计算结果与流量主动补偿和常规下游常水位运行控制进行对比,从而验证了本文闸前常水位运行控制算法的合理性。     

基于区间两阶段随机规划方法的 北京市水资源优化配置

针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性,建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型,应用于北京市2025年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数,引入概率分布和区间数表示多重不确定性,求得北京市2025年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水水平下的配水方案。结果表明:北京市2025年优化供水目标为47.39亿m~3,城六区工业用水与郊区农业用水的供水目标应采取保守值;不同来水水平下的优化配置水量为[36.49,47.39]亿m~3,仅北京为丰水年时不存在缺水现象,北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[5.48,10.90]亿m~3,对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型充分考虑不确定因素对水资源配置的影响,权衡用水收益与缺水风险的关系,并以区间的形式给出配置结果,可为北京市2025年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。     

长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤防护措施

运用水锤理论和特征线法,结合工程实例,对采用缓闭式蝶阀、空气阀和单向调压塔等防护措施的长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤进行计算和分析,得到了管道沿程的水头包络线以及泵端性能参数相对值的变化曲线。计算结果表明,无防护措施下最小水锤水头较低,泵端性能参数变化较大;泵端蝶阀防护可以有效地控制泵端性能参数流量和转速变化幅度,但水头的变化出现了振荡,最小水锤水头值降低;采用空气阀+泵端蝶阀防护可以有效地增加最小水锤水头值,只在管道局部出现负压,但与泵端蝶阀防护相比性能参数变化有所增大;单向调压塔+泵端蝶阀对停泵水锤防护效果最为明显。为了减小单向调压塔数目,最终选择单向调压塔+空气阀+泵端蝶阀的组合作为最终的防护措施,与无防护措施相比,组合防护下整个管道不出现负压,泵端水头虽出现了振荡,但幅度不大,流量最大变化幅度下降0.15,转速最大变化幅度下降0.7,转矩振荡时间变短。     

虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的试验研究

为研究虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的应用及效果,基于水库库区现场的清淤试验,利用西霞院水库上下游水位差的虹吸作用,辅以破土射流冲吸式吸泥头扰沙,通过对输沙管道沿程含沙量和流量等特征值的跟踪监测,研究单泵及双泵串联条件下,200m3/s、220m3/s、230m3/s、240m3/s、250m3/s、300m3/s和330m3/s共7个流量级不同试验工况下测点含沙量的变化范围、趋势及粒径级配等,并对试验清淤效果进行定量分析。水库清淤的现场试验结果表明:随着虹吸式管道排沙试验的工况流量不断增大,所测的平均含沙量呈现出增大趋势,而最大含沙量呈现先增大后减小的趋势,整个试验过程最大含沙量达到342.61kg/m3,清淤2 000m3泥沙的生产成本为10.56万元。     

洪水事件对碧流河水库水质影响

受全球气候变化的影响,暴雨洪水事件发生频率呈增加趋势,水库作为流域内重要的控制性水利工程,洪水过程中水质安全面临严重威胁。以碧流河水库为例,对建库以来7场典型洪水前后水质状况进行分析,结果表明,洪水过程能够减弱碧流河水库水体的热分层结构,影响溶解氧垂向分布;洪水过程影响较大的水质指标为六价铬、大肠菌群、高锰酸盐指数、氨氮和总磷,洪水过后上升趋势较为明显;空间上来说,洪水对入库口断面的影响大于对坝前断面的影响,碧流河水库地形特征能够减弱洪水异重流对坝前水质的影响;评价结果显示洪水过后碧流河水库水质变差,但整体上能够满足地表水环境质量标准中水源地要求;洪水期间入库污染物主要来自流域非点源污染。分析认为,通过源头治理、入库口拦截、合理调度等措施可以减轻洪水事件对水库水质的影响。