矩形明渠消力池水跃的水头损失研究

为了研究沿程水头损失与局部水头损失的变化规律,根据沿程水头损失的基本定义,推求矩形明渠消力池水跃区沿程水头损失与床面阻力系数、水跃共轭水深比、跃前断面宽高比及跃前断面水深的理论关系,提出了矩形明渠水跃区沿程水头损失及其系数和局部水头损失系数的理论公式,给出了沿程水头损失系数、局部水头损失系数和总水头损失系数的简单拟合公式。研究表明:沿程水头损失随着跃前断面水深和床面阻力系数的增大而增大,随着水跃共轭水深比和跃前断面宽高比的增大而减小;局部水头损失系数随着跃前断面弗劳德数的增大而增大;水跃区局部水头损失占比随着弗劳德数的增加而增加,弗劳德数为3时的局部水头损失占比达到90%,弗劳德数为6时的局部水头损失占比已达到95%以上。研究成果可进一步完善并丰富水跃理论体系。     

基于动态朴素贝叶斯分类器的明渠水华风险评估模型

水华风险不仅是水利工程规划时需要考虑的环境问题,也是水利设施运营时不能忽视的监测项目。为了提高明渠水化风险等级预测的准确率,针对水华成因的不确定性和发展的时序性,基于动态朴素贝叶斯网络分类器提出一种应用于明渠的水华风险评估模型。模型用水华风险等级结点对应藻叶绿素a(Chla)的浓度,并考虑了9项影响水藻生长的因素。采用主成分分析法,处理专家咨询结果,进行参数的设计。在苏州河道北门桥2011年6月初至9月初观测的53例连续监测数据上,与基于朴素贝叶斯网络分类器的评估模型进行比较实验。混淆矩阵显示对中等风险情况的预测识别率提高了15.625%,单尾配对t检验表明在显著性水平0.05时,两模型预测识别率差异显著。考虑了时序特征的基于动态贝叶斯网络分类器的评估模型对明渠中等水化风险的预测识别率提高显著。     

输水明渠穿越沙漠防沙固沙措施设计

生物防护固沙设计重点是实地查清工程区内地形、地貌植被状况、防护带范围;查明风口、核定不同地段的主风向和产生流沙的原因及危害程度,以此作为防护设计依据。沙生植物初期裸露于流动性沙地表面,风蚀严重,固定生存困难,因此应利用沙生植物的独特性,短期形成长达几十米的水平网状根系,削弱流沙的移动,达到稳定沙土表层的目的。     

密排粗糙床面明渠水流的紊动特性

为揭示密排粗糙床面对明渠水流紊动参数的定量影响规律,采用不同直径的圆形玻璃珠制作了3种密排加糙床面,基于光滑床面和加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了加糙后紊动强度、雷诺应力和紊动能等参数的变化特征。结果表明:床面粗糙对紊动参数的影响主要体现在内区,而外区紊动参数的变化相对较小。加糙后纵向和垂向紊动强度相对值u'~+、v'~+在内区呈现不同的变化规律,流量相同时,粗糙雷诺数Re_*越大,v'~+越大,而u'~+越小;床面粗糙对内区水流有抑制纵向紊动和加强垂向紊动的双重作用,而对外区水流有加强纵、垂双向紊动的作用;床面加糙对垂向紊动强度的影响总体大于纵向。加糙后内、外区的雷诺应力绝对值均增大,内区增幅尤为明显,雷诺应力增大的原因在于水流质点混掺强度和频次均增大。不同工况紊动能相对值E~+在内区差异明显,随着相对水深η的增大,E~+差异逐渐减小,在水面附近趋于一致;加糙后内区紊动能绝对值总体减小,而外区紊动能绝对值有所增大,内、外区紊动能变化与床面粗糙抑制水流纵向紊动强度和加强质点垂向混掺作用等因素有关。     

寒区引水明渠抽水融冰试验

寒区冬季明渠引水长期遭受冰害困扰,严重制约工农业及居民生活用水,经济损失巨大.结合新疆红山嘴水电站2级引水明渠,采用原型观测方法,开展了2次抽水融冰试验.根据试验结果,分析了不同水井运行方式下,井后明渠沿程水温、井前后5m明渠水温及整个引水明渠沿程水温的变化情况,得到了上述情况下明渠水温的变化规律及水井运行制度对水温变化的影响.处于运行状态的水井井后明渠水温得到了显著提高,在井后50m范围内,水温急剧下降,并产生较大波动,超出该范围后,水温下降不明显,波动也相对平缓;井水和渠水的混掺及渠水与外界的热交换过程并不能在短时间、短距离内完成.2次试验气温基本相同,试验过程中明渠末端水温相差不大,都在1.5℃左右.     

梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性

梅花形阵列粗糙是常见的床面粗糙形态,但其水流紊动特性参数在颗粒间的沿程变化和不同象限间的分布差异等研究仍较薄弱。采用不同颗粒大小和排列间距的圆形玻璃珠制作了3种梅花形阵列粗糙床面,基于明渠紊流的PIV水槽试验资料,探讨了无量纲纵向紊动强度T_u、雷诺应力R和紊动能E的分布规律。结果表明:① 颗粒顶部以上区域的T_u、R、E沿程基本呈条带状变化,受颗粒影响较小,而颗粒顶部以下区域则受颗粒影响明显,沿程变化相对复杂,表现出一定的周期性和分区性,并可分为颗粒区和粒间区。② 颗粒顶部以上区域T_u、R、E的垂线分布基本重合,颗粒顶部以下区域则波动明显,分布曲线呈“S”和倒“L”等形状。③ 粒间区各象限的R、E沿程变化较为平缓,接近水平线,第2、4象限的R、E总体大于第1、3象限;颗粒区各象限的R、E沿程分布呈“∪”状并在沿程位置参数x+ = 0附近有最小值。研究成果对鱼道及航道工程设计等具有一定的指导意义。     

含柔性植被明渠水流水力特性的试验研究

采用粒子图像测速(PIV)技术对含柔性淹没植被明渠水流的水力特性进行试验研究。利用人造水草模拟天然柔性植被,对不同密度、不同流量条件下含柔性植被明渠恒定均匀流场进行了测量,得到了淹没植被情况下纵向流速、雷诺应力、紊动强度沿垂向分布与曼宁系数的变化情况。试验结果表明:纵向流速的垂向分布可以分为3区,包括自由水面区、中间冠层区和近床面区。自由水面区流速随植被密度增大而增大,中间冠层区与近床面区流速随植被密度增大而减小。雷诺应力与紊动强度的峰值出现在植被冠区顶部附近,并随着植被密度增大而增大。     

复杂条件下田间作物净灌溉用水量量水设施系统研究

由于现场条件限制,很难在末级渠道选出典型田块。即使在末级渠道选出了典型田块,但由于渠道是U型渠道,不便于设置简易量水槛,基于此,提出一种在典型田块里设置简易量水槛的明渠量水设施系统。该系统原理简单、方便实用、精度较高、造价低廉,可满足复杂条件下非末级渠道对应的水稻田的灌溉量水要求,并对设置量水设施系统具有一定的现场施工指导意义。     

矩形断面明渠中恒定均匀流的机械能损失

明渠流中机械能损失的确定是水力学乃至工程流体力学中的重要内容.以构建的明渠恒定流新的总流能量方程及矩形断面明渠三维层流运动的理论解为基础,通过理论分析与三维数值计算,就矩形断面明渠中恒定均匀流的机械能损失系数随雷诺数及宽深比的变化进行了深化研究,得到如下成果:1)在层流条件下,机械能损失系数一般均与雷诺数和宽深比有关,只有对宽深比大于6.5的宽浅明渠,其相应流动的机械能损失系数才仅与雷诺数有关,且在雷诺数相同的条件下,一般矩形断面明渠流的机械能损失系数要大于宽浅明渠流的机械能损失系数;2)在紊流条件下,机械能损失系数也一般均随雷诺数与宽深比而变,但对给定的宽深比,存在相应的特征雷诺数,当流动的实际雷诺数大于该特征雷诺数后,机械能损失系数则不再随宽深比而变化,且在宽深比一定的条件下,雷诺数越小,其机械能损失系数的修正值越大.