梯形明渠–马蹄形隧洞过渡段流动形态与局部水头损失研究

本文以新疆克拉玛依引水工程西干渠为背景,通过物理模型试验研究了从梯形明渠到马蹄形隧洞进口过渡段的水面衔接特点和局部水头损失规律。模型采用重力相似设计,比尺为1∶25,由有机玻璃制成。在试验过程中,测量了流量在3.88~17.05 L/s范围内水面线的纵向变化,发现当流量大于13.37 L/s时,洞口水面壅高,洞内存在水面波动,分析认为是由侧壁收缩引起的水面紊动所致。根据水深变化和平均流速计算得到过渡段局部水头损失,发现其随水面收缩角增加呈先减小后增大的趋势,进口过渡段局部水头损失系数为0.19~1.24。针对原模型试验发现的问题,模型试验中延长了过渡段,对扭曲面段、矩形段长度进行了优化。模型改进后,水流平稳,波动减弱,局部水头损失系数减小至0.05~0.82。试验结果为实际工程梯形明渠到无压隧洞的过渡段设计提供了依据。     

河网模拟JPWSPC方法和分级解法的对比

比较了汊点水位预测-校正法（junction-point water stage prediction and correction, JPWSPC）和经典的分级解法,在处理缓流河网汊点处回流效应时的不同,并对比了它们的计算效率。应用这2类方法时,Saint-Venant方程组都采用Preissmann格式离散,生成的非线性离散方程用Newton-Raphson方法求解。比较表明：这2类方法都能处理普适河网,JPWSPC法无需求解整体连接矩阵,同时不会增加每一时间步的迭代次数,因而节约了系统内存,提高了计算效率;河网中河段数目越多,JPWSPC法的效率优势越明显。     

三峡水库水温预测研究

水库水温变化是评价环境影响的主要指标之一.为评估三峡水库蓄水后水温变化,本文采用数学模型分析了库首105 km范围内的水温分布规律.结果显示:(1)三峡水库蓄水后水温变化对气象条件的响应变慢,沿程温差有所加强,在升温期上游水温高于下游;(2)在给定的水文气象条件下,库首江段在4~6月份将会出现弱分层,垂向温差在1~2 ℃.采用蓄水前后的实测资料对数值预测结果进行了分析,论证了本文预测结果的合理性.     

三维VOF模型及其在溢洪道水流计算中的应用

详细介绍了VOF模型及其应用方法,结合k-ε紊流模型和分段线形方式构造界面的方法,数值求解了带自由水面的三维水流流动问题。以大型水工建筑物溢洪道内水流流动为例,计算了溢洪道内水流流动特性,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明计算值与实测值相吻合,说明VOF模型能够精确地跟踪自由表面,适用于溢洪道等大型水工建筑物内的水流流动的数值模拟。     

挑流冲坑内水流特性的数值模拟

本文对挑流冲坑形成后的水流特性进行了数值模拟。通过采用局部流线迎风有限元法及k-ε湍流模式,计算了冲坑内水流运动的速度和压力分布,模拟出水流的表面旋滚和自由面位置,为分析下游河床的冲刷提供了必要的水力参数。研究表明,用数值模拟方法探讨挑流冲刷的水流特性是可行的。     

目平湖水质与松虎河系基流响应关系研究

三峡水库的运行调度加大了荆江段枯水期的流量,为通过水库调度改善洞庭湖枯水期水质提供了可能。本文根据洞庭湖的水环境特征,选取目平湖的总磷为研究对象,利用物质守恒原理,建立了目平湖枯水期总磷完全混合模型,模拟了目平湖总磷浓度的变化,计算结果得到了实测数据的良好验证。以松虎河系的2005～2008年枯水期流量变化过程为基础,参照枯水期荆江流量的可能变化,设计了松虎河系不同基流的5种工况,确定了目平湖水量和出湖流量的计算方法,预测了不同基流条件下目平湖总磷浓度的变化,建立了目平湖水质与松虎河系基流的响应关系,分析了三峡工程枯水期补水对目平湖水质的影响。