应用PTV粒子追踪测速技术的鱼卵运动试验研究

鱼卵运动研究是了解自然河流中鱼卵漂流散布规律的力学基础,对鱼类早期资源估算、产卵场位置推算和鱼类栖息地修复等具有重要意义。本文应用PTV粒子追踪测速技术,通过20组不同水深、不同流速工况的水槽试验和200组鱼卵粒子群(直径为4 mm,比重为1.01)运动视频的图像处理,并结合理论推导解析鱼卵运动方程,系统分析了恒定均匀流条件下的鱼卵运动特性、主要影响因素及其作用机理。结果表明,鱼卵运动的主要影响因素为水流速度、鱼卵比重、鱼卵粒径和鱼卵初始速度。鱼卵纵向速度随水流纵向速度线性增大,其试验拟合结果为水流纵向速度的0.73倍;鱼卵垂向速度(沉速)主要受鱼卵比重和粒径的影响,与水流纵向速度无直接显著关系;鱼卵运动轨迹在小流速情况下近似线性下降,且轨迹斜率随流速增大而趋缓;当流速增大到0.93 m/s,鱼卵轨迹受水流紊动效应影响转变为伴随着个别鱼卵猝发跃移的波浪翻滚式下沉;水深对鱼卵运动速度和运动轨迹的影响相对微弱;鱼卵初始速度对其运动的影响仅在初始极为短暂的时间内。     

无人测量系统在消力池水下地形测量中的应用

GPS-RTK与测深仪的组合测量手段是现代水下地形测量的重要技术手段,本文采用该测量技术与无人船技术融合,构建了适用于消力池的水下地形测绘无人测量系统,并应用于亭子口水利工程的表孔消力池水下地形测量实践。文中系统地阐述了消力池水下地形无人测量系统的工作原理、标准化作业流程以及水下地形三维构建方法,结合测绘数据和三维模型,对消力池测区的溢流坝段、护坦、尾坎、防冲段、河道衔接段的高程变化趋势进行分析。结果表明：汛后亭子口表孔消力池结构完整,边界清晰,水质良好,从溢流坝段至尾坎处的护坦表面淤积程度均较小,池区尚未发现明显的堆积体或结构异常,受基岩和围堰卵砾石堆积体影响,防冲段与下游衔接段高程增加显著。无人测量技术的使用,提高了消力池水下地形与淤积分布的获取精度与时效性,具备显著的应用研究价值和推广意义。     

一维河网非恒定渐变流计算的汊点水位迭代法及其应用

采用Preissmann格式离散圣维南方程组,对离散得到的非线性系统通过Newton-Raphson迭代进行非线性求解,利用汉点水位迭代法处理河段间耦合问题,建立了适用于一维河网非恒定渐变流计算的数值模型.以矩形断面棱柱型渠道为例讨论了汊点水位迭代法的收敛性质和计算参数的选取原则,完善了汊点水位迭代法的理论基础.结合河网经典算例及三亚河水动力过程数值模拟对模型进行了验证,并分析了方法的收敛性及计算效率,计算表明汊点水位迭代法具有良好的工程适用性.     

河口海湾中排污混合区分析计算

本文是国家环保局“排污混合区分析计算方法研究”课题的部分成果。文中首先从环境管理的角度提出排污混合区的定义和控制混合区的基本要求,以及混合区分析计算的基本概念;其次分析讨论了感潮河口地区的设计水文条件,提出设计水文条件涉及的主要因素和确定设计水文条件的基本方法,最后讨论混合区的计算方法。根据河口海湾的流动特点,提出远近区藕合的整体动态模型以及在准动态方法计算结果基础上的实用化计算方法。     

水电站管道水击计算的自适应网格法

中首次将自适应网络方法应用于水电站管道水击计算中，通过与水击的特征线法计算结果相比较，其结果更加真实合理，研究表明，这种新的研究方法对整个模拟区域间断的捕捉具有良好的适应性，提高了数值计算的精度。     

冰封河道纵向离散系数计算研究

河道的封冻显著的改变了水流的流动结构和纵向离散特性。借助于根据天然河道特征概化的抛物线型断面型态,结合垂向双对数的流速分布律,建立了冰封河道全断面的流速分布;在此基础上研究了冰封河道中纵向流速横向分布不均匀性和垂向分布不均匀性对纵向离散的影响并建立了针对宽浅型冰封河道纵向离散系数的计算公式。公式以理论积分公式为基础,综合考虑了断面型态及冰盖的影响,机理清楚,形式简单,便于应用,且计算结果与示踪试验成果吻合良好,可以用来预测宽浅型冰封河道的纵向离散系数。     

河流中浮游藻类生长的可能影响因素研究进展与展望

河流富营养化问题日益严重,尽管湖泊中富营养化机理已被研究得较为透彻,但是针对河流中藻类大量生长的机理研究还较为缺乏。可能影响河流中浮游藻类生长的因素包括营养盐、光照、温度、水动力条件和动物捕捉等,本文系统调研了相关的研究进展,归纳分析了河流与湖泊两个生态系统的区别。总结发现影响河流浮游藻类生长的限制因素与湖泊不尽相同,比如尽管营养盐被认为是湖泊浮游藻类生长的主要限制因素,但在河流中影响不明显;而水体冲刷和相应带来的光强改变对于河流中的藻类生长有重要影响;河流中浮游藻类的被捕食压力弱于湖泊。目前多数生态模型都是基于湖泊中藻类生长进行开发,所以将这类生态模型应用于河流时需根据上述特征进行调整。综观目前的研究成果,水动力及水体中光强分布对于浮游藻类的生长影响是未来的研究重点,而上游有富营养化湖泊的河流可以作为一个特殊案例进行研究。     

射流对下游河床冲击作用的数值模拟

本文建议一种数值计算方法,用于研究挑射跌落水流对下游河床的冲击作用。研究表明,该方法具有计算工作量小,收敛速度快及计算精度较高的优点,并能较好地解决双自由面和上下游流量分配的问题。计算结果与实验资料吻合良好。     

概率神经网络水质评价模型及其对三峡近坝水域的水质评价分析

概率神经网络(PNN)是一种结构简单、训练简捷、应用相当广泛的人工神经网络，在实际应用中，尤其是在解决分类问题的应用中，它的优势在于用线性学习算法来完成以往非线性学习算法所做的工作，同时又能保持非线性算法的高精度等特性。本文结合三峡近坝水域黄陵庙、太平溪、乐天溪和东岳庙等典型断面多年的水质监测数据，利用概率神经网络模型对坝区各监测断面1997年至2002年的水质进行逐月评价，得到按月分布的水质评价结果，分析表明：(1)坝区总体水质良好，各监测断面水质满足国家对长江干流所要求的地面水Ⅱ类标准；(2)各监测断面水质均呈季节性变化，丰水期水质略次于平水期和枯水期，年际变化不显著；(3)从不同分类因子的评价结果可以看出营养盐类因子水质评价结果较差，需要采取合理而有效的污染控制特别措施。     

三峡工程坝身泄流下游水体溶解氧浓度数值模拟

三峡工程坝身泄流与下游水体强烈碰撞,产生大量气泡,当气泡渗透进入水体一定深处时,气泡界面与水体之间的质量交换极易导致水体溶解气体浓度超饱和,可导致鱼类气泡病.该文应用气泡界面传质理论建立了掺气水流的溶解氧浓度对流扩散方程,与气液两相流混合模型相耦合,模拟计算了三峡大坝在库水位为139m情况下溶解氧浓度变化情况,成功地与现场观测数据进行了验证,完善了气泡界面传质系数公式.对关键因子进行敏感分析,表明气含率、紊动强度、下游水深是决定溶解氧浓度的关键因素.