沙质床面河道演化过程湿润带渗流规律试验分析

为揭示试验室条件下无黏性沙质河道演变过程中河床湿润带的渗流规律,设计循环水槽装置系统,通过控制床沙粒径、入流流量、床面坡降及河岸植被覆盖率4个变化参量,分析不同因素对河床渗流的影响以及河床湿润带含水率的时空变化。结果表明：颗粒粒径及床面坡降对渗流流量的影响较大,粗沙的渗透性远大于细沙,流域坡降与渗流流量成正比;初始含水率对渗流有重要影响,床面初始含水率较小时,渗流流量偏大;对于河道演变试验,当床沙、坡降、河岸植被等流域控制因素一定时,系统存在相对饱和渗流流量;当流量大于相对饱和渗流流量时,渗流流量将保持相对稳定。此外,床面含水率在时间尺度上变化较小,而在空间尺度上呈区域阶梯变化。     

三峡水库蓄水后守护型工程对改善长江中游航道条件的作用

运用河流动力学理论,推求出整治水位下河槽在冲刷前、后航深变化值的表达式,对表达式的理论分析结果表明,在三峡水库下泄清水冲刷的条件下,通过守护关键可动洲滩,控制航槽不向两侧展宽,同时控制航槽内低矮的洲滩不被冲蚀,使清水冲刷只向纵向发展,就能达到增加航深的目的,这正是守护型控导工程对改善航道条件的积极作用所在。以长江中游荆江藕池口河段和太平口河段为例,计算了这两个河段守护关键可动洲滩后航深的变化值,模型计算值与实测断面概化后得到的航深变化值基本一致,进一步验证了守护型工程实现航道改善的作用。     

复式断面明渠浅滩水深及雷诺数对湍流结构影响的大涡模拟研究

天然河流主槽和滩地间存在复杂的水体交换和混掺。利用大涡数值模拟(LES)研究复式断面明渠浅滩深度和雷诺数对湍流结构的影响,研究结果表明:明渠二次流强度和脉动强度在主槽浅滩深度比为1/2时最大;滩槽交界区二次流对顺流向流速结构有较大影响,并使紊动能发生重分布;复式断面明渠二次流强度和脉动强度随着雷诺数的增加逐渐增大并趋于稳定。     

正弦派生曲线弯道水流结构特征实验研究

探究窄深型弯曲河段三维水流结构,使用声学多普勒流速仪(ADV)对正弦派生弯道水槽中40个断面12160个测点三维水流数据进行加密测量研究,研究结果表明:弯曲岸壁形态改变了水流结构特征,曲率为0断面附近区域为水流动力轴线在左右两岸摆动的过渡区;在左右两岸侧,纵向流速沿程波动分布,波动周期相同相位相差180°,且在凹岸处存在小流速区;各断面存在中心区近底主环流和近岸近水面反向小环流,部分断面近岸近底还出现与中心环流同向的小环流,环流强度最小值出现在各弯段弯顶附近。实验数据可为连续多个弯道数值模拟提供数据验证参考。     

基于河流阻力参数与活动指标的河型判别法

冲积河流在行进过程中受阻力作用,河道断面形态及平面形状参数将作调整,以适应不同的水沙条件,并趋向河流的相对平衡状态,由此导致不同河型的产生。决定河型两个主要因素：一个是水流推动力,一个是河流活动性。河流水流所受到的阻力与河流水流推力,是一个问题的两个方面,是作用力与反作用力。基于河流阻力规律,考虑植被对河岸强度的影响,通过引入河床与河岸活动指标构成的河流活动指标,分析得到了表征河型变化的判别标准曲线,经模型小河资料和天然河流资料检验发现,提出的河型判定参数能够很好地区分河型类别。     

河岸陡峭度对冲积河流平衡河道形态的影响

河岸抗冲性对河流横断面形态影响显著。以水力半径分割方法为基础,采用等腰梯形过水断面,以河岸陡峭度代表河岸的抗冲性,利用变分方法研究冲积河流达到平衡状态时,河岸抗冲性对河道横断面形态以及输沙能力的影响。研究结果表明：河岸陡峭程度减缓时,平衡河道形态变得宽浅,相反变得窄深;河岸陡峭度变化对水力几何形态关系式中的相关变量指数几乎没有影响,仅仅影响水力几何形态关系式中的系数。随着河岸陡峭度增加,河流达到平衡状态时横断面形态变得窄深,河道最大输沙率增大。     

具有复杂计算域的三维非静压流动数值模拟

建立了基于非结构化网格的表层静压假设的三维流动非静压数值模型。模型中采用半隐式分步法求解Navier-Stokes控制方程。运用满足自由表面运动学边界条件的水位演化方程来计算自由表面,动量方程中的对流项和水平扩散项采用Semi-Lagrangian方法离散。模型能有效求解正压的、斜压的、静压和非静压三维流动问题,并具有质量守恒、无条件稳定等优点。通过孤立波在缓变底坡上的传播和渤海潮流运动两个算例对模型进行检验,通过数值计算结果和实测结果的比较,验证了模型能够准确的模拟具有强三维流动特性的自由表面流动问题的能力和具有良好的复杂边界适应性。     

明渠砂质床面桩柱冲刷与导流防护试验研究

为了研究明渠砂质床面桩柱冲刷的水沙动力机理,分析极限平衡冲刷深度和范围随水流雷诺数的变化规律以及抗冲刷导流防护措施的效果,利用动床模型水槽试验,再现了桩柱周围局部床面从平整发展到冲刷坑的发育过程,测量了各工况下冲刷坑的形态参数,并利用PIV技术观测粗颗粒泥沙局部悬扬运动。结果表明:桩柱冲刷范围(相对于桩径D)随雷诺数ReD增大呈减小趋势。当雷诺数ReD在4 500~18 000之间变化时,冲刷深度变化范围为2.4D~1.3D,冲刷坑半径变化范围为4.5D~2.5D。砂质床面桩柱冲刷除存在显著的推移质运动外,还存在局部粗泥沙颗粒悬扬,且悬扬输沙的范围和强度随冲刷坑发展而强烈变化。在桩柱后方设置导流板能够有效抑制柱后卡门涡街的生成,桩后冲刷深度最大减小幅度为27.7%,但对柱前冲刷深度的影响不大。     

高含沙水流与泥沙异重流之间分界线的确定方法

泥沙淤积影响水库寿命和河口正常运行,而异重流排沙是减少库区淤积与河口淤积的重要措施之一.异重流形成的直观表象之一是泥沙浓度分布特征的转变,即泥沙浑水区与异重流区之间应存在划分两种泥沙浓度分布特征的分界线,研究分界线的分布形式有助于掌握异重流的演进规律.根据泥沙浓度公式及异重流下潜后的泥沙浓度分布特征,导出了泥沙浑水区与...     

明渠沙纹床面湍流结构实验研究

沙纹的形成会显著地影响床面附近的湍流结构。论文通过水槽实验,模拟了天然河流中沙纹的形成,并针对最终形成的稳定沙纹形态,利用声学Doppler测速仪采集了沙纹床面不同位置处的高频流速过程数据,继而对脉动强度、雷诺应力、湍流动能及自相关函数等湍流特征量进行了计算,并分析了沙纹床面湍流结构和特点,为进一步的理论和数值研究提供了有价值的参考数据和依据。