冰期河流弯道冰水动力学行为研究

以黄河什四份子弯道为研究对象,基于2019-2020年度的凌情监测影像及现场试验数据,分析了河流弯道冰水动力学行为特征。结果表明:上宽下窄的河道形态是造成弯道卡冰的主要原因,流凌-封河阶段,弯顶节点工程对水流的顶托作用促进了上游回流区的形成;受弯道离心力作用,河冰聚集于河道凹岸一侧,并在回流区堆积形成冰桥,从而缩小了断面过冰面积,河道逐渐封冻;弯顶下游流速大且来冰量少,形成清沟,主流向河中发展;冰塞堆积于弯顶上游凹岸主河槽内,水流被挤压至凸岸非冰塞区,弯道主流易位;在稳封期,河道冰水动力特征基本不再变化,在解冻开河期,凸岸非冰塞区流速较大,主流区冰盖优先解冻且沿主流输移,回流区冰盖最后消融,河道主流逐渐恢复至畅流阶段,整体呈复归式。     

开河期冰坝预测方法研究进展

对国际上现有各种冰坝预测模型进行分析比较,并讨论了各自的优缺点。认为现有的大多数模型是针对某一特定河段建立的,没有一种模型具有明显优势;各种模型的预测结果均具有较大取伪误差,模型中参数选择具有任意性。提出了进一步的研究方向:为了减小预测误差,应增加模型中的变量,并采用统计方法如逐步回归法确定模型变量;为了评价预报结果的可靠性,应对预测误差(包括取伪误差和弃真误差)进行定量分析;对冰坝形成及溃决的机理应进行深入研究。     

黄河内蒙古段封河期水面-大气非线性热力学模型探究

封河期水面-大气界面热量交换决定了河道内水温变化,是影响河流冰情及冰凌堵塞的主要热力因素.以黄河内蒙古段冰期水面-大气净太阳辐射、有效长波辐射、蒸发及热传导辐射特征为基础,探讨分析现存非线性热力学模型的差异及其影响因素.结果表明:基于Shen&Chiang和Ashton非线性热力学模型的黄河内蒙古段封河期水面-大气平均...     

基于OpenCV图像处理技术在冰情监测中的应用

在介绍Intel公司的开源OpenCV计算机视觉库的基础上,研究一种基于OpenCV图像预处理、图像分割技术,运用该技术将河冰图像二值化,实现了冰、水的正确分离,通过统计二值化图像中冰像素数量,实现河冰密度计算。实验结果证明了该方法的有效性、优越性、可行性。     

河冰水文研究的进展

文章对国内外预测预报冰期水文的方法进行了分析,并介绍国外的研究成果。     

河冰抗压强度概率特征值的自助法估计

为了解决在小样本条件下河冰抗压强度概率特征值不稳定性及其概率模型确定难的问题.将增广样本统计方法——自助法应用于河冰抗压强度概率特征值的计算,解决了小样本情况下其概率特征值的不稳定性问题,从而确定其概率分布.试验数据表明:基于自助法计算得到了河冰抗压强度概率特征值优于常规方法和刀切法计算的结果.自助法能改善小样本条件下其概率特征值的稳定性.     

电站下游河道的纵向1维冰情模拟

电站下游河冰演变过程涉及水库调度、热力、水力、风力、地形以及冰水物理性质等众多因素,且彼此相互联系、相互制约。为模拟电站下游河道冰清,本文通过分析电站下游河冰生消演变的物理过程,建立了适用于电站下游河道水温冰情预测的纵向一维水动力学、水温与冰情耦合的数学模型,采用丰满水库下游河道水温冰情原型观测成果对模型进行了参数率定与验证,结果显示该模型能较好地模拟出电站下游零温断面和封冻断面受流量、水温及气象影响下的变化过程,同时模拟出河道的封冻过程及冰厚的增长过程,并与实测成果符合较好。     

武开河的边界约束判别准则

根据封冻河道春季冰盖破裂机理,采用弯曲河道边界约束概念,提出可用于预测武开河发生的判别准则,并对其适用性进行了论证。应用黄河河曲段1985~1994年的原型观测资料对该判别准则进行验证,结果表明该准则可以较好地用于河道武开河的判别。     

基于离散元方法与水动力学耦合的河冰动力学模型

流凌和冰坝是我国北方冬季比较常见的河冰现象,尤其冰坝,可导致严重的凌洪灾害,是河冰研究中的重要部分。本文将离散单元方法与二维水动力学相耦合,建立河冰的动力学数值模型,以模拟河冰输移、聚集、堆积,以及冰坝形成的动力过程。针对河道中大量密集且几何形状随机的流冰现象,采用扩展多面体单元对冰块进行构造,并通过离散元接触模型表征河冰输移和冰坝形成过程中冰块间的相互作用。河流水动力部分则采用考虑河冰影响的二维非定常浅水方程进行描述,并采用有限元方法进行数值计算。冰水耦合中的计算参数由河冰离散单元与其所在水动力学有限元网格节点的位置插值计算得到。通过对冰盖封河造成水位抬高过程的数值模拟,并将计算结果与理论分析结果以及DynaRICE河冰模型的模拟结果进行对比,以验证模型的有效性。在此基础上,对规则河道中河冰输移、堆积和形成冰坝的过程进行数值模拟和结果分析。通过以上河冰离散元与水动力学的耦合方法及其对河冰动力过程的数值模拟,对河冰动力过程从细观角度进行新的认识并为河冰动力过程研究提供一种有效的数值方法。     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅱ：验证与应用

北方河流冬季河冰运动会带来凌汛灾害威胁,研究流凌运动对水流、泥沙和河道的影响具有重要工程意义。本文在平面二维河冰动力学模型基础上,建立二维水冰沙耦合数值模型。基于三角形的非结构网格,采用具有迎风特性的Petrov-Galerkin型有限元法计算非恒定水流过程、非恒定非均匀沙输运和河床冲淤变化,利用无网格的SPH法计算河冰运动,基于河冰对岸滩的刮擦切应力计算岸坡侵蚀,再利用双泥沙休止角法分析不同含水层岸坡的稳定坡面。该模型创新性地耦合水沙理论和河冰理论,能模拟北方河流全季节及河冰全过程的水位流量波动、河冰运动、泥沙输移、河床冲淤及岸滩崩塌过程。通过实验条件下溃坝引起的岸坡崩塌侵蚀验证了模型的准确性和可靠性,研究结果显示该模型能再现水流、河冰、泥沙、河床及河岸间的复杂耦合作用,揭示河冰刮擦对岸滩侵蚀破坏的促进机理,可进一步支撑冬季河道防凌减灾和岸滩水土保持研究。