阶梯式溢洪道上水流的形态及其水力计算

综述了阶梯式溢洪道上的水流现象、消能机理、两种水流形态及其大致判别界限，并给出了舌状流与掠面流的不力计算方法。     

波浪在水流作用下的变形

本文通过实验研究，分别观测了规则、波单向不规则波和多向不规则波在不同流速条件下的情况，同进利用静水中的实测波浪资料通过理论计算，分析了在水流中的波浪，并将计算值与实测值做了对比。比较表明，当波浪主方向与水流、法线方向的夹角不过大时，计算与实验吻合较好，表明所推荐的理论方法是可行的。     

地下水流向与计算断面不垂直时水力坡度的确定

在计算潜流量的过程中，当地下水流向与选定计算断面不垂直而斜交时，与流向相同方向的实际水力坡度必须经过一定的折减，方能引入计算，折减后的水力坡度暂称引用水力坡度。运用立体几何的方法分析了地下水流向、断面方向、实际水力坡度和引用水力坡度之间的关系。并以某工程潜流量计算为例，说明这种关系的重要性。     

砂砾石料渗透特性试验研究

砂砾石料由于浑圆度较好,施工易离析,其渗流特性是工程界关心的重点。本文开展了砂砾石料分别在水平方向、从上向下以及从下向上三种水流方向下的渗流特性试验研究。试验结果显示,砂砾石料在水流方向水平向状态下的渗透系数明显高于垂直向渗透系数、水流方向从上向下状态下的破坏坡降明显高于水流方向从下向上的破坏坡降,同时对不同水流方向对砂砾石料渗流特性影响的的原因进行了初步的分析。坝体渗流计算时应根据水流方向的不同选择相应的试验参数。     

大型浅水湖泊风生流场的数值模拟研究

针对大型浅水湖泊水平尺度远大于垂向尺度,水力参数在垂直方向变化要小于水平方向变化,符合浅水流动的特点,采用水深平均的紊流模型模拟大型浅水湖泊的风生流场.在非结构化网格上采用有限体积法离散控制方程,提高了计算精度和效率,运用SIMPLEC算法进行数值求解,克服了为简化计算对二维物理机制常采用-维化数值处理的缺陷,使计算的流场更符合实际流场,并模拟分析了不同风向,风速下博斯腾湖大湖区水流运动特性.     

长江口挖槽自然回淤的计算

长江口入海航道的维护与回淤情况有关，根据长江口水流挟沙能力。在挖槽附近小范围内，沿水流方向解垂向二维护扩散方程，进行水流越槽的不平衡输沙计算。计算中考虑了动水絮凝及转流前后流速较小时絮凝沉降的影响，对长江口三处挖槽试验进行了验算，为挖槽自然回淤分析提供了一种实实用的数值模拟方法。     

发生致灾洪水河道决口最大外泄流量的估算

河道发生洪水，造成大堤决口，能淹没区的人民生命财产造成巨大的损失。在洪水调度时，根据致灾洪水的洪峰流量、河道决口口门位置、水流宽度与口门与河道水流方向夹角计算发生致灾洪水河道决口外溢置。然后，在地形图上，根据外溢量求出淹没范围。从而作好淹没区的防洪调度工作。     

发生致灾洪水河道决口最大外泄流量的估算

河道发生洪水，造成大堤决口，给淹没区的人民生命财产造成巨大的损失。在洪水调度时，根据致灾洪水的洪峰流量、河道决口口门位置、口门宽度、水流宽度及口门与河道水流方向夹角计算发生致灾洪水河道决口外溢量。然后，在地形图上，根据外溢量求出淹没范围，从而作好淹没区的防洪调度工作。     

中隔墩对大型泵站进水流道水力性能的影响

运用数值计算和模型试验相结合的方法,研究了在进水流道进口水流方向偏斜时,中隔墩对进水流道水力损失及流道出口断面的水流均匀度、水流入泵平均角度的影响,并对影响机理进行了初步分析。研究结果表明:在进水流道中设置中隔墩对进水流道的流态影响较小,设计流量时的流道水力损失增加约0.005m;当前池存在横向流速时,中隔墩对改善进水流道内的流态是有利的;进水流道水力损失的增加主要是由于隔墩的存在减小了过流面积,使得水流流速增加所引起的。数值计算和模型试验的结果基本一致。     

内河船闸引航道尺度与通航水流条件的关系

通过理论模式分析和二维数学模型计算，讨论了船闸引航道尺度通航水流条件的影响规律，指出了尺度局部优化在水流条件改善方向的重要意义，成果为设计提供参考。     

基于AQWA的漂浮式风力机驳船式平台的动态响应

为研究漂浮式风力机驳船式平台的动态响应,建立基于ITI Energy Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机模型。通过辐射/衍射理论并结合有限元方法,调用水动力学软件AQWA,考虑风、浪、流环境的联合作用,对平台的动态响应进行数值模拟分析,得到了各波浪力随波浪频率的变化及平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的动态响应。结果表明:平台在低频波浪时容易出现较大响应;随着海洋环境恶劣程度的增加,平台的动态响应增大;平台在垂荡方向RAOs要大于纵荡方向。     

台风环境下海水抽水蓄能电站上水库超高计算评述

台风环境下海水抽水蓄能电站上水库的超高计算尚无成熟经验可循,如何合理计算超高是上水库设计急需解决的问题。在分析海水抽水蓄能电站超高计算关键问题及其特点的基础上,对台风风场、风暴潮及台风浪预报模型的研究进展进行了回顾与评述。分析指出在超高计算中应对上水库地形对台风边界层的影响、台风中心扫过上水库的极端情况、风速风向快速变化条件下风暴潮的动态响应等问题予以必要关注。为发展超高计算方法,建议加强小局域台风风场关键参数的概率分布研究和相关性分析,开展风暴潮及台风浪模型在小尺度孤立封闭水域的适应性研究,加强台风和风浪数据的观测。     

大型浅水湖泊纳污能力核算的风场设计条件分析

分析了东南风、西北风及东北风3种不同主导风场下太湖的风生湖流形态特征、环流结构及湖流流速大小变化,研究了不同风生湖流特征条件下环湖入湖污染物的输移扩散规律和湖区水质空间分布特征差异,以及在不同主导风场和常年主导风向下风速变化对太湖各主要湖湾纳污能力的影响。同时,参照水情设计条件要求,选择相对不利的主导风向和保证率为90％时的风速,对太湖进行了纳污能力计算。计算结果表明：在平均风速1.0m/s的西北风和枯水年型设计来水条件下,太湖的CODMn、TP、TN指标纳污能力分别为29732t/年、393t/年和7550t/年,较常年主导风向及多年平均风速条件下的纳污能力分别减小13.5％、 11.3％、23.6％。     

大风对金山湖水动力影响的数值模拟研究

为研究大风对金山湖水利调度过程的影响,使用SMS软件的RMA2二维水动力模型,模拟了东南向45° 8级大风作用下金山湖调水过程的水动力特性,并和无风作用时的水动力特性进行比较分析。结果表明大风作用下金山湖注水过程发生明显的增水现象,换水过程增水现象较弱;大风对金山湖水流流向影响不大,增加了水流沿岸流动的趋势,增强了注水过程西部湖区的涡流现象;大风增大了金山湖的流速,入流断面和出流断面流速的增大比主湖区大。研究成果为金山湖多闸站联合调度提供了水动力学依据。     

太湖风生流垂向切变规律的原位观测

浅水湖泊垂向环流存在着上下层反向现象,为了探究太湖湖流垂向切变规律,用声学高频流速仪ADV、ADP及风向风速仪在梅梁湾进行了9 d的连续观测;基于获取的高频同步数据,利用概率统计方法,对各层流场在不同风向、不同风速以及持续同向风场影响下的切变率进行了统计分析,并研究了流场垂向分布特征。结果表明:5月太湖梅梁湾在风向为ESE、ES、E,风速2~5 m/s,同向风场持续作用10~11h时,流场基本达到稳定且切变率最大;表层流场(水下50cm)处,切变率最小,为20%,底层流场(距水-土界面7 cm)处,切变率最大达到60%;流向改变的拐点出现在表层至中层,即水下50~100 cm;风速、风向的出现频率,以及同向风场的持续时间决定了流场反向率大小,流场反向率决定了拐点的位置。     

太湖湖流对波浪的影响机制研究

根据基于动谱平衡方程的SWAN模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行了动态模拟,并研究了太湖湖流对波浪的影响。结果表明:湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响,风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征。     

长江口海域风浪场的计算与特征分析

以ECMWF数据资料为输入风场,以ETOPO1地形数据和实测水深资料相结合得到计算水深,通过WAVEWATCH III和SWAN模型嵌套数值模拟了长江口海域1996—2015年连续20年的风浪场。为了在保证计算精度的同时提高计算效率,通过台风和寒潮期间显著波高的比较进行敏感性分析,选取合适的计算范围和计算网格。与观测数据进行比较,发现显著波高计算值的变化趋势与观测结果一致,两者的相关系数为0.82。为了使模拟结果更接近实际,基于观测的波高,给出了具有代表性点位显著波高的修正式。根据风场数据资料和修正后的显著波高进行了风场和风浪场的特征统计分析,风浪特性分析的结果既体现了季节的影响,又体现了地形的影响。     

极端风场对郑东新区人工湖水动力特性影响分析

该文采用数值模拟的方法,研究了龙湖在极端风场下的风生流场和风生浪场,讨论了对龙湖所产生的影响。研究结果表明,当遇极端风况(10级风力,风速27.7 m/s)时,龙湖表层流速大于底层流速,表层流向与风向一致,最大流速为70.90 cm/s–96.12 cm/s;龙湖全水域有风生浪,有效波高随着水深和风区长度的增大而增大,最大值约为0.77 m。较大的流速和波高可能会对龙湖堤岸和周边设施造成破坏,明确了较不利风向、主频、次频风向下需要提前防护的周岸位置;通过计算不同风速下的龙湖有效波高,建议安全风速预警值约为19 m/s(8级风力)。研究对于龙湖的规划建设和建成后的调度运行具有一定的借鉴意义。     

海上漂浮式风力机Spar平台动态特性分析

建立基于Umaine-Hywind Spar平台的漂浮式风力机整机模型,针对平台进行水动力特性分析,主要研究结构的时域动态响应和频域波浪力响应。利用有限元软件ANSYS中水动力计算模块,考虑风、浪、流联合载荷,得到风力机平台的时域和频域特性,通过平台随时间的位置变化幅度分析了平台的动态响应特性;分别研究了各波浪力成分对结构运动的贡献,并探讨了波浪力随频率的变化趋势。结果表明：结构在低频波浪作用下容易出现较大响应,包括幅值响应算子和所受波浪力;在主要波浪力成分中,附加质量力峰值最大;结构在外界载荷作用下平台的偏转运动比水平位移运动更显著。     

太湖风生流及污染物输移扩散数值模拟

建立高精度的太湖三维风生流数值模型和风生流-污染物耦合数值模型,分析了盛行风作用下的太湖风生流特征和风生流驱动下的太湖污染物输移特征。结果表明:稳定后的太湖风生流场,表层流速大于底层流速,表层流向基本上同风向一致,底层流向则与表层大致相反,具有补偿流的特征;风向能显著影响太湖风生流的形态和结构;在垂向扩散作用下,太湖污染物质量浓度沿水深方向上近似均匀分布;在定常风作用下,太湖北部的湖湾区出现多个小尺度闭合环流,不利于污染物的输移扩散,对太湖水环境会产生不利影响。