基于Rouse公式的紊流区悬沙粒径级配垂线分布规律

基于Rouse公式及紊流泥沙沉速公式,分别推导得到了紊流时的悬沙粒径及级配垂线分布公式,前者直接量化了泥沙“上细下粗”的垂线分布规律,后者则可用于计算不同水层及垂线上总的悬沙粒径级配。通过实例,应用粒径级配计算公式得到了不同水层的悬沙粒径级配。结果表明:泥沙粒径“上细下粗”的分布规律明显;在越远离床面的水层,细颗粒所占的比重越大,粒径分布越均匀。当考虑悬浮高度影响时,以最大粒径悬沙的最大悬浮高度为界,该高度之下级配“等宽”,该高度之上级配“上窄下宽”。     

渭河“2019.9”洪水特性及气象成因分析

为了进一步了解渭河秋汛洪水的特性及成因,利用2019年9月渭河洪水(“2019.9”洪水)的流量、气象资料,对该次洪水的特性及持续性强降雨天气的成因进行分析。结果表明：此次持续性强降雨形成的原因是北半球极涡偏强,中纬度环流平直,同时副高位置相对稳定且异常偏西,导致冷暖空气持续交汇于渭河上空。过程期间水汽来自阿拉伯海和孟加拉湾,并在强降雨发生期间表现为水汽通量异常辐合。洪水主要来自渭河林家村—临潼区间的支流,其特点是含沙量小、干流较大流量持续时间长;临潼—华县区间的洪水演进缓慢、传播时间长、洪峰削减偏大。     

黄河下游河道水沙变化与纵横向演变特征

采用实测资料分析的方法,探求了黄河下游河道水沙变化与纵横向演变特征。结果表明,黄河下游纵横向演变规律的研究,经过长期的探索,已取得了大量成果。但随着人类活动对流域系统干预程度的不断增大,特别是小浪底水库的运用和黄土高原大规模生态环境建设都将显著地改变进入下游的水沙条件,将对21世纪黄河下游河道治理产生深远的影响。因此,研究水沙变化条件下黄河下游河道纵横向演变规律是预测黄河下游河道演变趋势的前提,同时为小浪底水库初期运用下游河道治理提供技术支撑。     

基于地面激光雷达技术的堤防溃口模拟试验研究

堤防溃口模拟试验时,因模型较小且模型的堤防较软,易变形坍塌,致使常规测量技术难于捕捉到准确的堤防溃损信息。针对上述缺陷,引入非接触式数据获取方法,采用激光雷达仪对溃口模型进行扫描,然后进行点云数据处理。结果表明：激光雷达技术与传统的手工量测方法相比,具有速度快、精度高的优点,且避免了接触式量测的弊端,为模型试验的研究提供了新的方向。     

黄河水库淤积泥沙深层取样扰动性分析

利用低扰动深层取样器分别在三门峡和小浪底水库进行了取样性能试验,针对所取泥沙样品的扰动性问题,分别采用孔扩张理论和非线性有限元方法对样品扰动性进行了分析,并开展了与常规环刀法取样的对比试验。结果表明:1基于孔扩张理论分析得到的淤积泥沙样品径向受扰动比例为14.2%~22.6%;2基于非线性有限元方法得到的样品扰动结果是样品轴线径向没有受到扰动,垂向扰动比例为20%,样品下端约30%范围内边壁受到扰动;3深层取样器比环刀测得的泥沙湿密度平均增大率为12.68%,干密度平均增大率为13.45%。     

黄河下游宽滩区土地利用格局时空演变及影响因素

以兼具防洪安全和百姓安居双重功能的黄河下游宽滩区为研究对象,利用变化动态度、转移矩阵、迁移轨 迹图、Logistic 回归模型等方法,分析 1980—2020 年黄河下游宽滩区土地利用时空演变特征及迁移轨迹,探讨影 响土地利用变化的主要因素。结果表明：耕地、水域和建设用地是黄河下游宽滩区的主要土地利用类型,其中建 设用地聚集于连续的、成片的大滩区;1980—2020 年耕地面积呈持续增大趋势,水域呈持续减小趋势,建设用地 基本维持稳定;1990—2000 年是变化最剧烈的时期,主要是耕地面积的大幅增加以及水域面积的大幅减小;2000 年以前主要是水域转化为耕地,2000 年以后耕地（128.71?km 2）与建设用地（129.61?km 2）的相互转化占据主导;有别 于其他区域（流域）,影响黄河下游宽滩区土地利用变化的主要因素是河道工程、滩区规模以及政策法规等。未来 需基于滩区自然禀赋和河道整治情况,探索土地分类管理和用途管制制度,推动黄河下游宽滩区土地合理利用与 可持续发展。     

环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷试验及水力特性

由于传统桥墩冲刷防护措施的局限性,引入新型防冲装置-环翼式防冲板,对圆端形桥墩冲刷进行防护,通过减小下降水流改变桥墩周围水流结构,主动降低了下降水流对桥墩的冲刷。为探究环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷的防护作用,采用3种比例圆端形桥墩、3种环翼式防冲板安装位置进行物理模型试验,对圆端形桥墩周围的冲坑特征、垂向流速、垂向紊动强度、紊动切应力等水力要素进行研究。结果表明:安装环翼式防冲板后,3种圆端形桥墩冲刷程度均减小,中圆端形桥墩冲刷减小幅度最大,冲坑体积减小率为30.0%;中圆端形桥墩安装环翼式防冲板后,墩前垂向流速减小为0.039m/s、垂向紊动强度减小为0.025m/s;防冲板上垂面紊动切应力增大,板下垂面紊动切应力减小。试验结果表明环翼式防冲板能够减小桥墩的局部冲刷,具有很高的实用价值。     

黄河下游漫滩洪水的淤滩刷槽作用

淤滩刷槽是指多沙河流发生漫滩洪水时出现的滩地淤积、主槽冲刷(或少淤)的现象,为多沙河流的主要特征之一。以黄河下游河道为对象,利用实测洪水资料,对漫滩洪水的滩槽水沙交换、主槽断面形态改善及其对滩槽冲淤的影响进行了研究。滩槽水沙交换及其引起的主槽断面形态改善是造成漫滩洪水淤滩刷槽的主要原因。淤滩刷槽可减少河道的总淤积量,并可改善河道的横断面形态。当漫滩洪水来沙系数小于0.012 kg·s/m~6及洪水漫滩系数大于1.5时,淤滩刷槽作用明显。为减少主槽及河道的淤积,其可作为漫滩洪水调度的调控指标。     

下卧低压长距离输水隧洞水力特性数值模拟及方案比选

长距离输水隧洞线路布置过程中时常遇到缺陷性地层等影响工程安全的不利因素,下卧低压布置法是解决这类问题的一种较优的处置手段。依托某下卧低压长距离输水工程,选取箱涵、分水口、下卧低压洞进出口竖井、下卧低压洞段和部分明流洞段作为研究段,建立三维数值模型,采用RNG k-ε双方程紊流模型结合VOF法开展数值模拟计算,研究下卧低压长距离输水隧洞沿程水力特性分布及变化规律,进行不同隧洞方案比选。研究表明：不同工况下下卧低压隧洞各部位水流衔接均相对平顺,没有出现明满流交替现象,下卧低压洞进出口竖井内的流速分布较为复杂;随着进口竖井直径的增大,隧洞内水气及水面线分布情况变化不大,进口竖井内流速梯度有所降低,出口竖井流速分布变化不大,研究成果可为下卧低压长距离输水隧洞的方案设计提供参考。     

黄河流域近百年产沙情势变化

基于实测降雨、水文、坝库拦沙、灌溉引沙和河道冲淤等数据,分析了1919-2016年黄河潼关以上流域实际产沙量、产沙强度和不同时期下垫面在多年平均降雨情况下的产沙能力变化。结果表明,20世纪30年代以后,流域产沙能力逐渐增大,至50~70年代达到顶峰;80~90年代以后,流域产沙逐渐减少,其中2010-2016年流域产沙强度只有1919-1939年的23%。1919-2016年流域年均产沙量为13.7亿t。在多年平均降雨和1919-1953年下垫面情况下,潼关年均来沙量应约为14.6亿t;至1956-1975年,该值达到16.6亿t。