Influence of horizontal eddy viscosity and bottom friction coefficients on morphodynamic evaluations

The horizontal eddy viscosity (ε) and bottom friction coefficient (K_br) are important hydrodynamic parameters in the computation of flow fields that dictate the morphodynamics. The effect of the variations in ε and K_br as well as their combination on the prediction of hydrodynamics and morphodynamics in the Cochin harbor and adjoining nearshore area (9.9312° N, 76.2673° E) has been investigated in detail. A tidal circulation model to solve the shallow water equation is applied with the different parameterizations of ε and K_br. In order to understand its effect, ε is expressed as a function of depth averaged velocity and length scale of computation mesh, whereas K_br is expressed as a function of depth. The validation of the model is carried out with the measured currents. The improvement in the hydrodynamic and morphodynamic predictions is demonstrated by implementing the spatially and temporally varying ε The predictions are further improved by implementing a spatially varying K_br. It is seen that the simulations with varying ε and K_br predict the morphodynamic behavior close to the field values. The performance of the model predictions is discussed in terms of R², RMSE and BSS (Brier Skill Score).     

水电站厂房抗滑稳定分项系数设计方法研究

依据GB 50199-1994的相关规定,开展了水电站厂房整体抗滑稳定的分项系数极限状态设计法研究,提出了厂房整体抗滑稳定安全度设置水平、结构重要性系数、地基材料性能分项系数、设计状况系数等的取值原则。采用工程经验校准法、可靠度分析法计算了沿建基面的抗滑稳定结构系数,并分别采用单一安全系数法和推荐的分项系数法按抗剪断强度公式进行了整体抗滑稳定计算。结果表明,按两种方法设计的水电站厂房抗滑稳定安全度水平较为接近,从而证明所提方法的有效性。本研究成果可为《水电站厂房设计规范》的修订提供参考。     

森林对流域蒸发和径流影响的动态模拟

为了揭示森林植被对流域蒸发和径流的影响,用耦合模型SSiB4T/TRIFFID对长江两条支流蒸发和径流对植被覆盖动态变化的响应过程进行了模拟,分析了森林植被影响蒸发和径流的机制。在植被动态演替过程中,上游的梭磨河流域森林主要通过改变土壤蒸发和冠层截留蒸发影响蒸发和径流,其水文效应与冠层截留能力和土壤蒸发能力有关;下游的青弋江流域森林主要通过自身较强的蒸腾作用明显增加蒸发和减小径流。     

传递系数法在某库岸边坡稳定性研究中的应用

通过对宜宾市金沙江沿岸边坡的工程地质情况进行考察,发现岸坡稳定受金沙江水位升降影响很大。为了研究金沙江下游库岸边坡在各荷载组合工况下的稳定性,以金沙江干流下游左岸两个典型边坡断面为例,采用传递系数法计算了6种不同工况下库岸边坡的稳定系数。结果表明:A-A′断面在6种工况下均处于稳定状态;B-B′断面在工况1~工况4时均处于稳定状态,在工况5时处于基本稳定状态,而在工况6时稳定系数仅有1.008,处于欠稳定状态。计算成果可为后期有关部门设计合理的边坡治理措施提供参考。     

汽液黏滞系数对空化泡溃灭过程影响的数值模拟

利用格子玻尔兹曼方法(LBM)伪势模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,分析了不同汽相黏滞系数和液相黏滞系数对空化泡溃灭过程中的最大微射流流速、最大溃灭压力、最大溃灭时间的影响。结果表明,相同液相黏滞系数条件下,改变汽相黏滞系数,空化泡溃灭时产生的最大微射流流速、最大溃灭压力和最大溃灭时间不变;保持汽相黏滞系数不变,空化泡溃灭时最大溃灭压力、最大微射流流速均随着液相黏滞系数的增大而减小,但最大溃灭时间随着液相黏滞系数的增大而增大。     

高拱坝伸缩横缝的开合对拱座岩体稳定的影响研究

高拱坝在强震作用下，伸缩横缝出现开裂，在一定程度上削弱了坝体的整体性能，不仅使得坝体的动力反应重新分布，坝肩岩体抗滑稳定的主要参数一拱端推力也产生很大变化，横缝的存在增加了对坝肩岩体进行抗滑稳定分析的复杂程度。本文给出了用动态子结构法计算有伸缩横缝坝体拱端推力的计算公式，并对坝体设有伸缩横缝的溪洛渡双曲拱坝的计算模型分别在人工地震波及柯依那地震波作用下，考虑库水 坝体相互作用、坝体自重、上游淤沙等因素的影响，对溪洛渡拱坝的拱端推力进行了计算，并通过拱端推力计算了拱座岩体的抗滑稳定安全系数。文中算式同样适用于其它结构。     

浅水深对160kDWT FPSO水动力系数的影响

FPSO系泊于浅水中时,由于安全性问题,浅水深对其运动与载荷的影响正逐渐引起重视。本文利用三维线性势流理论和源汇分布法研究一艘160kDWTFPSO在浅水中的辐射问题,对不同水深下FPSO的水动力系数进行了数值计算。结果表明,浅水深时,一方面,3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量有显著增加,特别是水深吃水比减小到1.3后,更是以几何倍数增长;另一方面,6自由度运动的阻尼系数均有明显增加,特别是横摇阻尼系数,随着水深吃水比的减小而成倍数增长。由于浅水中水动力系数的显著增加,FPSO垂向运动幅度也必将较大地趋于缓和,从而不易导致浅水FPSO碰底现象的发生。     

基于水流动力作用的河道岸坡稳定性能分析

以水动力学为基础,以山东某河道岸坡为例,采用水动力学-土力学边坡分析方法分析了岸坡在水流动力作用下的变化规律。分析结果表明：不同土质类型的岸坡受到河流冲刷作用的影响程度不同,粒径越大的土质越易受到冲刷,基于水流动力作用的岸坡稳定性分析方法能够更为真实的反映岸坡形态以及稳定性随时间变化的规律。     

渗流对高崖头隧道围岩稳定性影响的数值模拟研究

隧道开挖过程中,地下水渗流作用对围岩的稳定性存在较大影响。针对洛阳至栾川高速公路高崖头隧道的具体情况,采取有限差分软件FLAC3D,建立三维模型,研究了考虑渗流作用和不考虑渗流作用情况下围岩的位移值,并与现场监测值进行对比验证,进而利用数值模拟的结果分析了隧道围岩的稳定性。研究结果表明:在考虑渗流作用下拱顶下沉和周边位移均大于不考虑渗流作用的情况,与现场监测值更为接近,隧道围岩处于稳定状态,研究结果对施工实践有一定的指导作用。     

十六醇和乙醇复配体系水分蒸发抑制剂研究

我国西北地区干燥少雨、蒸发量大,蓄水工程蒸发损失了大量的水资源。为研究干旱地区的水资源保护措施,以十六醇和乙醇为分子膜基材,采用超声波分散技术,制备了一种非均相体系水分蒸发抑制剂。对两种醇的比例、超声处理时间及功率、抑制剂加入量对抑制效果的影响进行了研究。结果表明:十六醇与乙醇比例为1∶6,超声处理功率6 k Hz,时间为25 min,每处理30 s停歇10 s的情况下,水分蒸发抑制剂效果最佳,24 h抑制率可达45.3%,抑制剂用于水面后,水体含氧量与自然条件下水体含氧量大致相同,不会对水生动植物的生长产生影响。所配抑制剂对于减少干旱地区水资源损失具有重大意义,可带来巨大的经济效益和社会效益。     

河流冲刷作用下堤岸稳定性研究进展

分析河流冲刷作用下堤岸土体起动时的受力特点和冲刷破坏机理,概括国内外近岸水流冲刷力的分布与计算、堤岸土体抗冲力确定、河岸土体横向冲刷计算方法等研究成果,分析和评价河流冲刷作用下堤岸边坡稳定性研究进展。指出进一步研究的问题和研究方法:必须将堤岸边坡稳定分析与河流冲刷作用同时考虑,建立包含河流冲刷力的堤岸稳定分析力学模型;开展堤岸稳定分析的三维数值模拟;利用有限元法预测堤岸边坡破坏发展过程,分析变形与稳定的内在联系;将水上岸坡、水下岸坡以及坡脚和河床作为一个整体,进行堤防稳定的渗流场与应力场耦合分析。     

基于SWAT模型不同产流及蒸发模式的径流模拟

针对四川省彭州市湔江流域,成功构建SWAT分布式水文模型,基于模型提供的两种计算地表径流方法和三种计算蒸散发方法的组合,采用2008—2009年月径流资料进行率定,通过Nash系数、相关系数、相对误差以及持续系数分析比较了6种组合模式下模型的适用性,并用2010—2011年月径流资料进行验证。结果表明,引入作为SWAT适用性评价标准可取得良好的效果;SCS径流曲线数法分别与Penman-Monteith法、Hargreaves法的组合模拟精度较好,Nash系数均达到0.8,相对误差小于20%,持续系数达到0.7以上。这为模型模拟方法的选择提供了依据和参考。     

夏玉米田蒸发蒸腾量与棵间蒸发的试验研究

本文利用2年的大型称重式蒸渗仪和小型棵间蒸发器的测定资料，研究了不同灌水(2001年灌140mm、2002年灌65mm)条件下夏玉米生长期间的逐日蒸发蒸腾和棵间蒸发过程。结果表明，2年夏玉米生长期间棵间蒸发占总蒸发蒸腾量的比例分别为43.69%和48.12%。分析得出夏玉米出苗前利用小型棵间蒸发器实测蒸发的修正系数为0.96。同时，分析了棵间蒸发占蒸发蒸腾的比例随叶面积指数(LAI)和表层土壤含水量的变化关系。     

大伙房水库降雨蒸发变化趋势分析

根据大伙房水库站历年降水蒸发资料系列,采用常规的线性回归和滑动平均法对降雨和蒸发变化趋势进行分析,应用游程检验法、Mann-Kendall秩次相关检验法和Spearman秩次相关检验法进行一致性的对比和验证。结果表明:大伙房站近56年来,年降水量、汛期降水量、非汛期降水量呈缓慢减少趋势;年蒸发量呈缓慢下降趋势,汛期蒸发量呈缓慢上升趋势,非汛期蒸发量呈明显下降趋势。     

空气阻力系数对水滴运动及蒸发的影响

应用喷灌条件下水滴的运动、蒸发及分布模型对水滴的飞行时间、飞行距离以及蒸发率进行了预测,对由五种空气阻力系数计算公式（Bird、Park、Fukui、伊沙叶夫、Wallis）求得的预测值和实测值进行了比较。结果表明：应用Bird、Wallis、Fukui公式预测的水滴飞行时间与实测值的变化趋势一致;五种阻力系数公式中,应用伊沙叶夫公式求得的水滴飞行时间预测值与实测值的相对误差最小;五种阻力系数公式均能较准确地预测水滴飞行距离,其中Park公式的预测精度最高;五种阻力系数公式对于单个水滴蒸发率的预测结果与实测值较接近,而Fukui公式对总体蒸发率的预测值与实测值的平均相对误差最小。     

Effect of integrating straw into agricultural soils on soil infiltration and evaporation

Soil water movement is a critical consideration for crop yield in straw-integrated fields. This study used an indoor soil column experiment to determine soil infiltration and evaporation characteristics in three forms of direct straw-integrated soils (straw mulching, straw mixing and straw inter-layering). Straw mulching is covering the land surface with straw. Straw mixing is mixing straw with the top 10 cm surface soil. Then straw inter-layering is placing straw at the 20 cm soil depth. There are generally good correlations among the mulch integration methods at p < 0.05, and with average errors/biases <10%. Straw mixing exhibited the best effect in terms of soil infiltration, followed by straw mulching. Due to over-burden weight-compaction effect, straw inter-layering somehow retarded soil infiltration. In terms of soil water evaporation, straw mulching exhibited the best effect. This was followed by straw mixing and then straw inter-layering. Straw inter-layering could have a long-lasting positive effect on soil evaporation as it limited the evaporative consumption of deep soil water. The responses of the direct straw integration modes to soil infiltration and evaporation could lay the basis for developing efficient water-conservation strategies. This is especially useful for water-scarce agricultural regions such as the arid/semi-arid regions of China.     

涡粘性模型和对流项差分格式对溶质输运模拟精度影响研究

紊流中的溶质输运和生化反应过程与流场的紊动结构密切相关，对溶质输运、化学反应和微生物生灭等过程进行模拟时能够达到的精度又与所采用的数学模型和差分格式有关。高精度的数值模拟计算方法能够给出不同设计方案下流场内溶质的掺混、输运过程和微生物消长的大量细节，可以快捷、准确地对设计方案的运行效率作出合理评判。数值模拟中的不同处理方法，如采用不同的紊流模型、输运方程差分格式等，对输运和反应过程的模拟精度都产生影响。本文采用不同的涡粘性模型和对流项差分格式的组合计算了输运过程结果，并与实测资料进行对比，分析了不同模型组合对溶质输运过程模拟结果精度的影响，以此为依据提出了计算精度较高的模拟方法。     

空气阻力系数对水滴运动及蒸发的影响

应用喷灌条件下水滴的运动、蒸发及分布模型对水滴的飞行时间、飞行距离以及蒸发率进行了预测,并对5种空气阻力系数计算公式 （Bird、Park、Fukui、伊沙叶夫、Wallis） 求得的预测值和实测值进行了比较。结果表明：应用Bird、Wallis、Fukui公式预测的水滴飞行时间与实测值随水滴直径的变化趋势一致,应用Park和伊沙叶夫公式求得的水滴飞行时间预测值与实测值的相对误差最小;5种阻力系数公式均能较准确地预测水滴飞行距离,其中Park公式的预测精度最高;5种阻力系数公式对于单个水滴蒸发率的预测结果与实测值之间的平均相对误差在26.1%~30.2%之间;5种阻力系数公式对总蒸发率的预测影响不明显,预测值与实测值之间的平均相对误差在15.2%~17.5%之间。建议在水滴运动和蒸发计算中采用Park阻力系数公式。     

基于大涡模型的床面形态与水流相互作用过程模拟研究

为判断动床弯道中二次流和涡结构模型的模拟精度,基于Barbhuiya的90°水平弯道冲刷水槽试验,比较了大涡模型（LES）和RNG k-ε模型对弯道冲淤过程中床面形态模拟的精确程度,发现LES模型结果更加精确。基于LES模型模拟结果,通过使用Q准则识别二次流产生的底部涡结构,分析了涡结构对床面冲刷淤积的定量影响。结果表明：在清水冲刷动床弯道的过程中,Q值介于30~50之间时底部涡趋于稳定存在,Q值大于50时会明显影响床面冲淤;强大稳定的涡结构会使床面形态逐渐稳定,床面冲刷和淤积速率趋于一个定值,床面冲刷和淤积速率不超过2×10^-6 m/s。进一步分析弯道内剪切流速与床面形态的关系,发现弯道内存在两类高剪切流速区域,当第一类区域剪切流速值大于第二类时,床面会出现深度大于0.10 m的明显冲刷坑。研究结果可为弯道中冲淤平衡和床面形态模拟提供参考。