坡面雨滴溅蚀坡长及坡面流输沙能力的探讨

通过对坡面雨滴溅蚀过程的分析，提出了雨滴溅蚀有效坡段的概念．在坡面流近似为运动波的条件下，利用Govindaraju．et．al．提出的坡面流分离变量形式，导出了坡面流的微分基本方程及其近似解．最后利用有效坡段和坡面流近似解，讨论了B．T．Guy坡面流输沙能力公式的应用范围．本文的研究，对了解坡面流输沙能力qs（x，t）的变化规律有重要意义．     

坡面薄层流的数值模拟及在坡面流侵蚀研究中的应用

本文依据坡面薄层水流的动力波方程，由水沙动力学原理出发建立坡面细沟流侵蚀过程的模拟方法。采用动力波模式(一维非恒定流方程组)计算了坡度变化时不同细沟宽度下的细沟沟内流速，根据数值计算得到了细沟流动的Re数，以及相同净雨强和坡长下能够使细沟流速达到最大的坡度。依据泥沙运动力学的原理分析了这些结果在坡面流侵蚀过程中的意义。模拟结果表明，细沟扩宽过程对坡度和坡面表土临界起动流速的变化十分敏感。当细沟扩宽侵蚀在小区片蚀中占主要成分时，小区的片蚀总量常表现出与坡度和表层土使用方式的明显关系。     

不同坡长下的坡面流水力学特性研究

坡面流亦即薄层水流,指的是降雨或融雪形成的,并在重力作用下沿坡面流动的薄层水流,它是地表径流的初始阶段,提供了侵蚀的主要动力。坡度相同、降雨强度相同时,随着坡长的增加,流速逐渐增大。在相同降雨强度下．坡长对流速有一定的影响,二者呈良好的指数关系;流量随坡长的增长而逐渐增大,二者呈良好的幂函数关系。2m水槽基本能够反映出坡面流的水力学参数的变化。随着坡长的增加,相同流速下,雷诺数逐渐增大．且增长速度亦逐渐增大。     

植物茎秆影响坡面径流水动力学特性研究

为深入揭示植被覆盖下坡面流阻力的内在规律,在考虑植被段前壅高和段后水深的基础上,系统研究了植被茎秆覆盖度为32.32%时6个坡度和12个流量组合下坡面流的流动特性。结果表明:在植被茎秆覆盖度为32.32%条件下,当坡度小于6°时,坡度对平均流速影响与流量相当,而坡度大于6°时,坡度对流速的影响甚微;试验过程中,壅水区水深与平均水深均随着流量增加而增大,而尾水深则略有波动;植被阻力系数随雷诺数的增加而增大,而随弗汝徳数的增加而减小,这是植被的粘滞阻力和压差阻力相互作用的结果。该成果为进一步研究植被覆盖下坡面流水动力学特性提供理论依据,进而对水土流失治理及生态修复均具有一定的指导意义。     

坡面流流速分布及紊动特性实验研究

该文利用粒子图像测速方法(PIV)对光滑床面条件下水深为3～7mm的坡面流流场进行了详细测量,并将分析结果与普通明渠流进行了系统对比。尽管坡面流的水深已达到毫米量级,但仍可以将其流态区分为层流、过渡流和紊流。坡面流条件下的流速呈抛物线或对数分布,当处于过渡区时,流速分布仍符合对数律,但其积分常数随雷诺数的增大而减小。与普通明渠流相比,坡面流的紊流内区范围偏大,当雷诺数较低时,水流黏性的影响可扩大至整个水层。受极浅水深的影响,坡面流的紊动强度在垂向上偏小,而在纵向上则明显偏大。     

坡面流水力学特性研究的进展

简要介绍了坡面流水流流态、平均流速、水深以及阻力系数等水动力学特性研究现状;全面总结了坡面流水动力学特性诸方面研究的最新进展,并对影响坡面流水力特性的因素进行对比,得出重要结论。最后,提出了坡面流及坡面侵蚀过程研究中存在的主要问题及未来展望。     

坡面流侵蚀与水动力学参数间关系的试验研究

坡面流侵蚀量与水动力学参数具有特殊关系,为建立侵蚀量与坡面流流速、剪切力和断面单位能量间的定量关系,通过室内人工降雨坡面流模型试验,针对不同坡比、不同降雨强度条件进行了坡面流流速、产沙率等要素的系统试验测量。利用参数分析法,通过标准差、变异系数和决定系数之间的对比评价,优选出与侵蚀输沙相关程度较高的动力学参数。结果表明:坡面流剪切力线性关系式用于描述坡面流输沙的变化过程具有较好的模拟效果。     

柔性植被和刚性植被水流水动力学特性研究

为了深入揭示植被水流的内在规律,系统研究了刚性和柔性植被覆盖下坡面流水动力学特性。结果表明:刚性或柔性植被覆盖下,水流平均流速均随流量增大而增大,刚性植被对流速的减缓效果优于柔性植被;刚性植被覆盖下,弗劳德数小于1,处于缓流流态,阻力系数随雷诺数和流量增大呈单峰形式变化;柔性植被覆盖下,随流量增大,弗劳德数逐渐增大,由缓流过渡到急流,阻力系数随雷诺数和流量增大均呈减小趋势。在生态工程建设过程中,同种植被应该选取刚度较大的植被类型。     

流量和坡度对植被水流水动力学特性的影响

为深入揭示植被覆盖下坡面流阻力的内在规律,系统研究了植被覆盖度为32.32%时6个坡度和12个流量组合下坡面流的流动特性。结果表明:坡面流速随流量的增大而增大,该覆盖度下流态指数值接近1;坡面流从层流变化成过渡流,最后发展成紊流状态,但植被覆盖下坡面流的层流状态与明渠定义的不同;阻力系数随流量的增大而增大,流量是影响阻力的主要因素,而坡度对其影响可以忽略;阻力系数随平均水深和壅降差的增大而增大,壅降差不仅能代表水深对阻力系数的影响,而且能反映植被前壅水和后尾水旋涡的形成程度。     

坡面流水动力学特性分析

为了研究坡面流的水动力学特性,提出了考虑河床坡度以及降雨动量的坡面降雨径流计算方法,建立了基于Roe格式的坡面流水动力模型。结合相应的试验进行了模型验证,结果表明模拟值与实测值比较接近。应用该模型模拟了自然降雨条件下的坡面流运动情况,分析了坡面流流速、水深及出流断面单宽流量的变化规律,并对其影响因素进行了敏感性分析。模拟结果显示:坡面流流速、水深均随降雨强度、坡长及坡度的增大而增大,其中坡度的影响最为显著;出流断面单宽流量随降雨强度的增大而增大,随坡度的变化不显著。     

底坡变化对坡面流水动力学特性影响研究

坡度是影响坡面流水动力学特性的重要因素之一,采用变坡试验水槽在变化水深条件下模拟坡面流,用于研究7种不同坡度对水动力学特性的影响。结果表明:水力坡度、弗劳德数、雷诺数随坡度增大而增大,阻力系数随坡度增大先增大后减小;在相同坡度条件下,弗劳德数随水深增大先减小后趋于稳定,雷诺数随水深增大而增大;当0≤J≤1.5%时,水力坡度随水深增大先减小后趋于稳定;当2%≤J≤3%时,水力坡度随水深增大先基本不变后减小。     

坡面水流水动力模型研究

随着城市规模的快速增长,立交桥等陡坡道路建设过程中面临的积水问题越来越受到重视。为研究变坡水槽降雨径流的水力学特征,借鉴一维坡面流的基本方程,以 Roe 格式近似黎曼解方法为基础,建立了模拟自然降雨条件下不同坡度坡面流运动情况的数学模型,通过人工降雨实验验证了16 种工况下流速的拟合情况。实验结果显示,实测值和计算值之间的相对误差在0. 6% ～17. 4%之间波动,总体上维持在15%以内。计算值和实测值表明,坡面流速、水深跟降雨强度和坡度均成正比关系,符合实际情况。同时,两者之间表现出较好的拟合度,说明了该模型具备模拟坡面薄层水流的能力。     

草被覆盖下坡面-沟坡系统坡面流阻力变化特征试验研究

本项研究旨在通过室内放水冲刷试验,揭示坡面—沟坡系统坡面不同草被覆盖面积比、不同空间配置、不同放水流量下坡面阻力的变化过程及特征。试验共涉及坡面—沟坡系统坡面5种草被覆盖面积比、3种空间配置和2种放水冲刷流量。结果表明：坡面—沟坡系统坡面流各段面平均曼宁糙率系数和平均阻力系数与放水流量关系密切,随流量的增大在有草被覆盖断面两系数呈减小趋势,在无草被覆盖断面呈增大趋势。有草覆盖面积大小对阻力影响较大,随面积比的增加阻力系数增大;坡面流阻力在整个坡面—沟坡系统中沿流程增加而下降。在有草覆盖条件下各断面径流平均曼宁糙率系数和平均阻力系数均呈增加趋势,无草坡面则变化不大。因此可得出结论认为草被覆盖和坡度对坡面流阻力大小起着决定性的影响。     

刘应中先生在水弹性研究领域的贡献

刘应中先生在70岁退休之后仍然学习开拓新的领域,从事水弹性的理论及应用研究,完成了包括国家自然科学基金重点项目在内的多个海洋结构物水弹性响应方面的项目,并与作者合作共同指导多名研究生和一名青年教师.在超大型浮体的线性水弹性、非线性水弹性、非均匀海洋环境和流体可压缩性对水弹性响应的影响、舟桥的水弹性响应以及立管的涡激振动等方面做了大量的工作,在水弹性领域也取得了不少的进展,并在国内外学术刊物和会议上发表了数十篇学术论文.该文把这10多年合作研究所取得的主要成果作一归纳总结,作为对刘应中先生永久的纪念.     

静脉血栓滤器血栓捕捉特性的体外实验研究

静脉血栓滤器(VCF, Vena Cava Filters)是一种临床用于收集、阻止血栓漂移的装置,特别是在治疗肺栓塞(PE)中应用较广.临床研究发现,其性能的优劣主要决定于结构设计和水动力学特性.本文选取常用的两种永久型滤器 (Greenfield filter和TrapEase filter),对其在水平和垂直布置时的捕捉效率和流场特征等方面进行体外实验研究.结果表明:两种滤器在不同位置放置时其捕捉效率、移行趋势、流动滞止区等有明显的差异.这些研究结论将对临床治疗中滤器的选取,以及新一代高效滤器在捕捉效率和血液流动特性等方面的改进起到积极的作用.     

鱼类波状摆动水动力学研究

采用ALE技术,应用有限体积法对二维细长鱼类的非定常水动力学性能展开了数值计算.分析了单只细长鱼的波状摆动推进问题,得到尾部推进力型的反卡门涡街,并讨论了摆动频率和摆动振幅对鱼类推进作用的影响.     

透水坡面降雨径流过程的运动波近似解析解

本文从坡面流运动波理论的基本方程出发，利用运动波特征线法和分级叠加法，推导出了实验条件下考虑净雨强随时间变化的坡面流运动波方程近似解析解。用实验实测资料对模拟计算结果进行了验证。结果表明，坡面漫流过程的模拟计算结果与实测资料符合良好。     

黄土区陡坡径流水动力学特性试验研究

通过黄土水槽冲刷试验，初步研究了黄土区坡面径流的水动力学特性。陡坡径流的流态属于急紊流，且具有时空分异特征。随着坡度的增加，径流雷诺数Re和Darcy-Weisbach阻力系数f均呈先增后减的抛物线趋势。f与Re之间存在幂函数正相关关系，而f与弗劳德数(Fr)之间存在幂函数负相关关系。     

三峡永久船闸输水廊道水动力学特性研究

该文对三峡永久船闸末级闸首阀门段输水廊道进行了数值模拟,对阀门段输水廊道的内部水流流动特征进行了分析,并研究了阀门后廊道顶部的压力特性,分析比较了以不同速率开启阀门及不同开度下紧急关闭对阀门段输水廊道内部流场的影响。将二维结果与三维结果及实验结果进行对比,变化趋势基本一致,验证了边界条件提法的合理性及数值方法的可行性。该研究对永久船闸阀门开启速率及紧急关闭时阀门开度选择具有一定的指导意义。     

地面灌溉田面水流运动理论的研究现状

本文综述了目前国内外地面灌溉(包括畦灌、沟灌、涌灌)田面水流运动理论的研究现状。重点介绍了模拟地面灌溉水流运动的四种数学模型、即水量平衡模型、完整水流动力学模型、零惯性量模型和运动波模型,并进行了评价。