水力半径取值及衍生误差分析

针对不同形态的单一河道断面,计算分析了各种情况下用断面平均水深代替水力半径的相对误差,及其在流量计算和水面线计算中的衍生误差.研究发现,采用断面平均水深代替水力半径进行水力计算,不同的断面形态在不同的宽深比下其相对误差和衍生误差区别很大.因此,在水动力学计算中,水力半径不可以用其他变量来近似.     

明渠水面曲线的简化计算

工程中一般采用分段法进行明渠水面曲线的计算，应用分段法时，需要计算每个流段的平均水力坡度，由于平均水力坡度的计算十分繁琐，计算工作量大，本文采用一种简化法计算明渠水面曲线，不必计算平均水力坡度，可使计算工作量大为减少，即用渠道的正常水深与流段的平均水深之比的x次方之值来代替平均水力坡度。通过算例证明，采用简化法计算结果与分段法比较，其误差不到1％，完全可以满足工程要求。     

明渠六圆弧蛋形断面临界水深和收缩断面水深的计算

根据明渠恒定非均匀流理论,按照分块计算面积的方法,详细推导了六圆弧蛋形断面临界水深和收缩断面水深的迭代计算公式,并根据优化拟合研究了临界水深的简化计算方法.提出了4种工况下临界水深和3种工况下收缩断面水深的迭代计算公式,给出了已知流量条件下相对临界水深与相对流量的关系和已知临界水深条件下相对临界水深与相对断面面积的关系,得出了两种简化计算公式.通过算例验证了临界水深两种简化公式的正确性,其最大误差分别为1.6%和0.8%,满足工程设计需求.     

明渠水流临界水深计算

在明渠水力计算中,常需要计算临界水深,以判别水流流态。工程上常用试算、图解等方法求解,极不方便,且精度不高。文章推导较简捷的公式,对梯形、矩形和圆形断面,采用通用的计算程序,以期达到准确的计算结果。     

立方抛物线形渠道水力最优断面的计算

根据明渠均匀流理论,推求了立方抛物线形渠道正常水深与流量关系的计算公式及其水力最优断面所满足的条件.与其他形式断面渠道的比较结果表明,立方抛物线形断面渠道也是一种水力较优的输水渠道.     

明流条件下城门洞形隧洞临界水深的直接计算法

为了改善明流条件下城门洞形隧洞临界水深无显函数计算方法的现状,通过对城门洞形断面临界流方程的数学变换,并对引入的无量纲参数与相对临界水深关系进行分析及计算,将求解正常水深的超越函数采用指定的幂函数形式逼近,并应用改进粒子群优化算法求解该函数,得到了城门洞形断面临界水深的直接计算式.实例计算及误差分析表明:在工程实用范围内(临界水深与拱顶半径之比在1.00到1.85之间),该公式最大相对误差仅为0.37%,且物理概念清晰明确,形式简捷,能为水工设计手册的编制及工程设计提供有益的参考.     

用加速遗传算法计算梯形明渠的临界水深

目前计算梯形断面明渠临界水深hk的常用方法有试算法、图解法、近似公式法和迭代法,它们存在计算精度不高、求解复杂等缺点。为此,把hk的计算问题等价于一非线性优化问题,指出了hk的变化范围,并且用加速遗传算法(AGA)来求解hk。实例的计算结果说明,与常用方法相比,AGA适用性强、计算精度高。     

基于水深平均模型的植被水流数值模拟

针对有植被作用的渠道,将植被对水流的作用视为河床的附加阻力,推导出植被作用下河床等效曼宁阻力系数计算公式,考虑植被区与无植被区交界区域产生的二次流对植被区阻力的综合影响,引入影响系数对等效曼宁阻力系数计算公式进行修正.将修正后的公式用于水深平均模型,求解非对称复式断面和矩形断面局部有植被渠道的流速分布,计算结果与实验数据吻合,表明该模型可有效用于局部植被覆盖渠道的水流计算.有助深入了解植被水流结构.     

Excel在渠道水力计算中的应用

文章针对渠道水力计算繁琐的试算过程,应用Excel软件可简化计算,便于工程的实际应用.     

分汊河道平衡水深方法

为了研究分汊河道的河床演变与航道水深,本文基于水力几何形态关系,得到分汊河道平衡水深计算方法。该方法对于不同断面形态的分汊河道均具有适用性,汊道与单一河道过水断面面积之比为分流比的6/7次方。应用于长江南京以下12. 5 m深水航道二期工程,计算得出的落成洲分汊河段断面的平均水深与多年平均水深基本一致,表明了平衡水深理论的可靠性。对福姜沙和世业洲分汊河段工程前的最大通航水深计算,亦与实际情况较为吻合;工程后的预测结果显示工程整治效果明显,世业洲和福姜沙左汊河段均能满足12. 5 m通航水深的要求,但福北水道仍无法达到12. 5 m通航水深。平衡水深方法提供了一种除数学模型和物理模型外预测河床演变趋势,计算出航道能维持的平衡水深,丰富了航道整治理论的同时,也为二期工程的实施提供科学依据与理论指导。     

平底渐扩式消力池深度的计算

研究平底渐扩式消力池深度的计算方法.分析前人对平底渐扩式消力池共轭水深和自由水跃长度的研究成果,利用动量方程推导渐扩式消力池深度的计算公式.分析认为,吴宇峰和华西列夫提出的水跃长度公式与实际比较吻合,而华西列夫公式偏于安全;侧墙反力用梯形轮廓和1/2抛物线轮廓计算水跃共轭水深与实测结果比较符合,而我国溢洪道设计规范给出的公式计算精度较差,且偏于不安全.得出了渐扩式平底消力池深度的计算方法和共轭水深计算的新公式,通过两个实际工程验证了公式的正确性.     

基于阻力原理的稳定河流几何形态判定方法研究

受上游来水来沙条件影响,自然河道通过自我冲淤调整,常形成稳定的几何形态。稳定河流几何形态设计在工程应用中十分重要,稳定断面有利于水沙输移,且避免河道冲淤平衡破坏发生。本文系统分析了达西水流阻力梯度沿程变化,表明阻力梯度主要作用于三方面：河道深度调整,河道宽度调整,河道坡降调整。若调整宽度与深度的概率为线性关系,可推导出稳定河流几何形态关系式。在泥沙输移作用下,总能坡可分解为两部分,清水对应能坡和泥沙运动产生的附加能坡,其中,清水对应能坡可采用清水河道达西阻力表达式计算,泥沙输移附加能坡,可利用实测资料推求。通过分析含有总坡降的河道几何形态表达式,指出未知函数与坡降的0.3次方呈线性关系,而指数则与参数关系明显,随着参数的增大而呈现减小的趋势。利用收集的野外实测数据确定了这些未知变量,并给出了相应的求解表达式,该表达式不仅适用于沙质河道,还适用于砾卵石河道。以大量野外实测数据与室内试验数据对比分析,本文提出的稳定河道几何关系计算方法具有很高的精度。     

浅析水闸设计中影响消力池设计尺寸的关键因素

水闸消力池的深度和长度取决于水跃发生的形式和位置,而水跃的跃后水深和下游尾水位的相对关系决定水跃的形式,是影响消力池尺寸计算的关键因素。但在实际计算中,人们容易忽略水跃形式的判断,仅利用公式计算导致计算结果不准确。把握好这一关键因素,可以避免一些计算过程中的误区,对消力池的设计计算十分重要。     

一种明渠梯形断面临界水深计算公式

本文应用面积和系数法提出了不规则梯形和等腰梯形渠道临界水深的直接计算式。该式概念清楚，形式简单又满足工程精度和范围的要求。适合在水力设计中应用。     

上下游初始水深比对溃坝水流传播的影响

溃坝水流的传播很大程度上受着上下游初始水深比的影响,过去对溃坝洪水的试验研究很少涉及到上下游初始水深比大于0.5时的情形,大部分研究的系列性不足且较少关注洪水波在上游库区中的运动。作者在一个大尺度水槽（长18 m、宽1 m、高1.09 m）中,通过波高仪的测量手段对上下游初始水深比0～0.9范围内的大坝瞬溃洪水进行了大量实验,获取了许多新发现。研究结果表明：当下游无水时,溃坝水流波前区域的水深会出现明显的雍高,波前运动速度也明显低于Ritter解;当上下游初始水深比大于等于0.3时,溃坝水流演进一段时间后,在靠近闸门处会出现以波浪形式向库区演进的额外负波,该负波不同于以往研究中定义的与上游静水区衔接的负波;当上下游初始水深比大于等于0.5时,溃坝水流运动的稳态区会出现明显的波动,水流以波浪形式向下游演进,其中第1个出现的波浪波峰高度最高且在演进的过程中基本维持高度不变,但产生的这些波浪数量有限,波浪演进过后的断面水深会逐渐恢复稳定,且稳定后的水深与Stoker解符合较好。在试验观测到的范围内,同一水深比时,与上游静水区衔接的负波波速在演进的过程中不断降低至稳定值,而第1个出现的额外负波波速不断增加;下游波前的演进速度基本维持不变,而下游第1个出现的波浪波速会增加;另外,随着水深比的增加,第1个出现的额外负波波速变大,而下游第1个出现的波浪波速变小。从两组不同上游水深在同一水深比时各水力要素的对比情况中发现瞬时溃坝水流的运动在湿底情况下依然具有很好的相似性。     

超高压水力割缝强化抽采瓦斯技术研究

水力割缝是一种重要的强化瓦斯抽采增透技术,现已开始在低透气性突出煤层应用。为了进一步考察其实际效果,选取新集二矿1煤组220112工作面底抽巷实施了100 MPa超高压水力割缝试验。试验结果表明:割缝后,瓦斯抽采纯量平均0.77 m3/min,是未割缝钻孔的瓦斯抽采纯量(0.34 m~3/min)的2.26倍;1煤层组瓦斯抽采钻孔抽采30、60天的抽采有效半径为5 m、7.5 m,极限抽采半径为8 m,相比水力冲孔、未割缝钻孔抽采有效半径显著增加,超高压水力割缝强化抽采瓦斯技术具有广泛的应用前景。     

跌坎深度对跌坎型底流消能工水力特性影响的数值模拟分析

采用RNGk-ε双方程紊流模型进行数值模拟,就跌坎深度对跌坎型底流消能工水力特性的影响进行分析,并将模拟结果与模型试验观测值进行了对比,验证数学模型的可行性,为跌坎型底流消能工的设计提供参考.     

坎深和入池角度对跌坎型底流消能工水力特性影响的试验研究

采用水力学试验方法,对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析.并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究.研究表明跌坎型底流消能工能有效改善消力池内的水力学指标,但跌坎深度和水流入池角度对其影响较大.因此,如何确定消力池的跌坎高度和水流入池角度是进行消力池设计的关键.