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．     

滩地加宽及主槽变化对复式断面过流能力的影响

为了分析不同断面形态对复式断面过流能力的影响,针对概化的复式断面顺直型河道,应用数学模型分别计算并分析了滩地加宽和主槽位置变化河道滩槽流量分配比、沿程水位、河道水力坡降的影响。结果表明：当滩地过水面积小于4~6倍的主槽过水面积时,增大滩地的宽度可以明显降低河道的沿程水位;改变主槽的位置几乎不会影响河道的过流能力。     

黄河下游复式河道滩槽分流特征研究

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,研究了黄河下游复式河道滩槽分流特征及其主要影响因素。研究结果表明:1986年后,河道萎缩,相同洪水流量下,主槽分流比有所减小,滩地分流比有所增大;1999年后,小浪底水库蓄水拦沙运用,下游河道持续冲刷,主槽过流能力有所恢复,主槽分流比必然有所增大。运用回归分析方法,建立了黄河下游复式河道滩槽分流比与滩槽过水宽度比、过水深度比、过水面积比、流速比、糙率比和主槽宽深比的单因素响应关系和多因素综合关系,在此基础上提出,定量方面,可运用多因素综合关系式依据未来滩槽6项单因素大小对黄河下游复式河道滩槽分流比进行预测;定性方面,在黄河下游滩槽治理过程中,应注意维持主槽一定的平滩流量和较为窄深的断面形态;注意给滩地留出一定的行洪宽度,在必要的行洪宽度内,尽量减少人类活动对滩地的影响,保持滩地畅通的过水通道,保证滩地相应的过洪能力,减轻河道行洪压力,从而达到确保全断面行洪安全的目的。     

基于复式断面河道水力特性的分区 防护设计研究

本文建立三维紊流数学模型，通过算例验证了其合理性。根据复式断面河道水力特性计算结果，从流速梯度和紊动能等方面分析了河道横向各区域水流冲刷特性。研究表明各区壁面附近冲刷强度存在明显差异，指出复式断面河道内，受主流影响较大的河道主槽区域和坡坎拐角等壁面区域是重点防护区域，进而提出复式断面河道分区防护的观点。     

漫滩水流悬移质分布规律的试验研究

通过水槽实测资料的分析，总结出主槽及滩地含沙量与断面含沙星的关系。根据复式河道主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区及边壁区等四个区的水流运动特点，对每个区的含沙量横向及垂向分布特性进行了分析。在此基础上，对灌槽交互区的含沙量横向分布进行了理论探讨，经实测资料验证。结果吻合较好。     

水深及滩地糙率对复式断面河道过流能力的影响

水深、滩地糙率是具有单、双槽复式断面河道过流能力的重要影响因素。采用数学模型计算并分析不同水深及滩地糙率情况下,概化的顺直型复式断面河道的过流能力,结果表明:当滩地水深与滩地高度之比增大时,滩地流量分配比随之增大,但增大的趋势越来越弱。随着滩地水深与滩地高度之比增大,河道水力坡降降低,在滩地水深与滩地高度之比小于0.4时,增大滩地水深与滩地高度之比对于减小水面比降效果明显。随着滩地糙率的增大,滩地流量分配比迅速减小,两者呈线性相关。     

黄河下游河道排洪能力分析

通过实测资料分析，黄河下游河道在持续萎缩情况下，漫滩洪水滩地过流比有增大趋势，洪水期间仍是“淤滩刷槽”，主槽同流量的平均流速 并未减小，论证了下游河道洪水期水位流量关系随着流量的增大渐趋平缓的线型特征。在评述已有河道排洪能力分析方法的基础上，对近年来黄河下游河道排洪能力的计算分析方法作了阐述，提出对于水站断面应根据断面形态不同分别采用水力因子法和涨率分析法作为主要的推求方法。     

复式断面河道过水能力计算的修正垂直分割法

该文提出了漫滩后满足主槽平均流速基本不变条件的、复式断面河道过流量能力计算的修正垂直分割法,期望经进一步试验,确定其适用范围,界定复式断面河道的定义范围和率定必要的参数,供有关工程设计参考和应用。     

顺直型与宽窄型复式河道水沙分布规律的比较

本文在总结水槽试验资料的基础上．对顺直型及宽窄相间型复式河道的过流能力、流速及含沙量分布特性进行了比较分析。研究结果表明，两种复式河道的水沙分布具有一定的相似性，但也存在着较大的差别，并对其产生的原困进行了初步探讨。此外，通过比较滩槽流速比及滩槽流量比可以知道．宽窄复式河道的滩槽动量交换较顺直复式河道强烈。     

基于POMgcs的复式断面河道纵向离散系数研究

天然河流中广泛存在由主槽、滩地构成的复式河道的水污染问题,纵向离散系数是河流水质预测的关键参数。通过建立三维数学模型,对物理水槽试验的流速分布特征进行验证,得到不同滩槽高差、水深条件下的纵向离散系数。基于复式断面各区域流速差异较大的特征,将断面划分为主槽中心区、滩地区和主槽底部区,由纵向离散系数与流速差异系数、断面几何参数的相关性分析,同时引入弗劳德数,建立了复式断面纵向离散系数计算公式。计算结果表明:公式计算值与模型计算值相对平均误差在10%以内,具有一定可靠性。     

黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型研究

在水文学模型研究的基础上，根据对黄河下游河道输沙规律的认识，结合水动力学理论，进一步建立了流量演进、河道输沙能力、主槽糙率调整、分组沙冲淤和复式断面形态调整等复杂问题的计算方法，开发研制了黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型，经大量的实测资料验证，模型可以适应不同的水沙条件和河道边界条件，具有较高的计算精度，可氏水库调度运用等生产研究提供的计算依据。     

滩地种树对窄滩复式河道水动力特性的影响研究

该研究建立了室内水槽概化模型,模拟珠江三角洲典型窄滩复式河道。通过有植被和无植被条件下滩地的水动力特性对比,定性分析滩地有无种树对窄滩复式河道水动力特性的影响。结果表明:受种树影响,种树带进口处水位显著壅高,以此建立经验公式,可用于估算河道种树所引起的上游水位最大壅高量值,从而获得滩地种树对行洪的影响。种树后,水流发生归槽现象,滩地流速、流量沿程减小并最终趋于稳定,主槽流速增大;当滩地水深较大时,受种树带对过水断面的束窄作用,主槽流速在进入种树带后急剧增大,流速的增大有可能引起主槽冲刷增强,加剧河床下切侵蚀。该研究成果不仅能加深对河漫滩水力学的理论认识,同时可为以珠江三角洲为代表的窄滩复式断面河道种树规划设计提供技术依据。     

黄河下游游荡性河道水位涨率偏大的主要影响因素分析

认为影响黄河下游游荡性河道水位涨率的因素是多方面的 ,河宽只是其中的原因之一。利用黄河下游花园口、夹河滩等水文站历次实测大洪水测流断面资料 ,计算了各水文断面不同槽宽的水位流量关系。在洪水涨水阶段 ,同样的流量涨幅 ,等河宽的平均河底高程变化 ,河南河道和山东河道没有明显差别 ,但河南河道的比降是山东河道的 2倍 ,同河宽的水位涨率必然小于山东河道。对游荡性河道已发生的几场水位涨率偏大的原因作了分析 ,认为游荡性河道十分宽浅 ,河势摆动频繁 ,大洪水时形成顶冲、局部壅水 ,它对水位涨率的影响远大于河宽缩窄的影响 ;复式河槽在洪水漫滩后 ,由于滩槽水流的动量交换 ,引起主槽的阻力增大 ,也是导致水位涨率增大的重要原因。     

植物覆盖滩地复式河槽的水流特性及近期河床演变分析——以海南万泉河下游河道为例

收集了万泉河下游河道历史地形资料,结合物理模型试验成果,系统分析了万泉河下游有植被复式河槽水流特性及近期河床演变特征。研究结果表明,万泉河下游两岸边滩及江心洲由于茂密植物的阻水作用流速较小,属滞洪区,而河道主河槽水流归槽,流速大,是主要的行洪通道。历史上万泉河下游河道呈缓慢淤积之势,河道节点对河势的控制作用较强;近十年来,万泉河下游河道主槽普遍大幅下切,植被茂密河岸岸线总体变化不大,部分裸露边滩、沙洲侵蚀后退现象明显。高强度河道采砂、岸线开发利用等人类活动及洪水造床作用是近年来万泉河下游河床演变的主要驱动因子。     

不同水沙条件下顺直型河道交错边滩演变规律

顺直型河道在自然河流演变中常常形成典型的具有犬牙交错形状的边滩地形,在不同水河条件的河流中,边滩发育演变情况各不相同,为了研究水沙条件对其演变的具体影响,利用室内概化模型试验,研究了顺直型河道交错边滩在不同水沙条件下演变的规律。试验发现:①上游来沙减少后,河段内交错边滩的面积及尺寸相应减小,交错边滩之间的间距也会缩短。②顺直型河段交错边滩的下移速度随上游来沙减少而减缓;其主要原因是大沙组情况下滩尾淤积,压缩附近的主槽主流,继而造成对岸下游的边滩头部冲刷下移,清水组情况下滩尾淤积的泥沙较少,该现象相应减弱。③顺直型河道在大沙条件下表现出冲滩淤槽的趋势,河道逐渐被“抹平”,滩槽差异缩小。④随着上游来沙的减少,河道主槽开始冲刷,在抗冲性较强的边界旁,主河道会顶冲河岸下切出深槽,滩槽更加分明,在交错边滩下移的同时,靠岸的深槽往往不会被填平,形成“倒套”。     

有植被的河道水流紊动特性模型试验研究

通过物理模型试验,研究了有植被的河道水流紊动特性.试验结果表明,在复式断面河道滩地种植柔性植被后,滩地糙率增大,水流紊动更为剧烈,河道水流紊动强度峰值由原先的滩槽交界区转移到滩地区.滩地的水流紊动强度沿程递减;滩槽交界区的水流紊动强度沿程不断增大;主槽的水流紊动强度主要与床面糙率有关,滩地植被影响了滩地水流的归槽时间,使主槽水流流速沿程增大.     

黄河下游洪水期主槽水力因子变化研究

洪水过程中主槽平均流速和断面冲淤变化是影响下游河道排洪能力的主要因素。对黄河下游实测资料的系统分析结果表明，涨水期主槽平均流速随流量的增大而增加，但当主槽平均流速达到2.5m/s时，流速随流量的增加而增加的幅度明显减小，主槽平均流速和流量呈对数关系；洪水过程中主槽涨水期冲刷、落水期回淤，相应的冲淤面积与洪水流量的变幅呈较好的线性关系；涨水期主槽冲刷面积受含沙量的影响不明显。     

不同断面形状对人工渠道糙率影响的试验研究

为探究不同断面对渠道糙率的影响,采用2种不同断面的人工渠道,在2种底坡及5种不同流量的条件下研究糙率随流量、底坡的变化规律。试验结果表明:在明渠均匀流条件下,在相同底坡、不同断面的人工渠道中,糙率的变化与流态有关,当Fr<1时,糙率值随着流量的增大逐渐减小;当Fr>1时,糙率值随着流量的增大逐渐增大。人工渠道断面形状发生变化时,糙率与各水力要素之间关系的变化规律基本相同,渠道的断面形状并不是影响渠道糙率变化的因素之一。     

复式河道水流运动模型的研究与应用

针对复式河道的特点,建立了主槽和滩地同时演进的复式河道水流运动数学模型,采用四点线性隐式离散圣维南方程组进行主槽水流模拟,用曼宁公式模拟滩地水流运动,针对主槽和滩地的不同涨落现象,提出用概化溢流堰模拟主槽和滩地之间水量交换的方法,并将此模型应用于蚌埠—花园嘴的淮河干流段,以1982年和1991年汛期洪水过程进行了验证,并与断面平均流速法和调蓄宽度法进行了比较。结果表明:模型的计算结果相比断面平均流速法和调蓄宽度法有洪峰流量相对误差和峰现时间误差均较低的优点,说明该模型模拟精度较高,能很好地模拟复式河道的水流运动情况。     

复式河道的桥梁壅水计算

本文应用复式河道的桥梁壅水实验资料对拱桥法进行了验证，发现拱桥法计算值往往过高，提出了可用于复式河道的边滩等价河宽的概念和计算方法，并对实测资料进行了对比。