高拱坝表孔宽尾墩体型优化试验研究

高拱坝表孔溢流坝面短,作用水头低,堰前行进水流具有向心倾向.宽尾墩消能工应用在高拱坝泄洪表孔必须与此特点相适应.本文对宽尾墩应用在高拱坝坝顶泄洪表孔的体型布置进行了试验研究.结果表明,宽尾墩应用在高拱坝表孔时,出口角度不宜采用挑角,而应采用俯角:采用较大的宽尾墩墩尾折角有利于水流的纵向扩散和减小水垫塘底板冲击动压;同时为避免拱坝曲率造成的水流径向集中现象,两边表孔宽尾墩应采用非对称体型设计.优化后表孔水流能够在竖向及纵向充分扩散,空中呈窄而高且长的流态,在水垫塘中横向分区入水明显,不仅使水垫塘底板冲击动压减小和冲击点向下游偏移,而且为高拱坝表深孔水舌相互穿插无碰撞消能,减轻泄洪雾化创造了条件,对狭窄河谷中的高坝工程具有重要的工程应用价值.     

深窄峡谷区泄洪雾化及其影响的研究

在已有雾化研究成果的基础上，对挑流雾化问题进行了深入研究，建立了挑流雾化计算新的数学模型．该模型重点考虑了水舌段掺气散裂射流的特性，雾化流的雾流源量及雾流的侧向扩散等关键问题．为验证所建立数学模型的正确性，对乌江渡水电站原型观测资料进行了反馈分析．结果表明，所建立的模型具有较强的预报能力．     

导流洞挑射水舌的模型试验及数值模拟研究

采用模型试验和数值模拟相结合的方法对导流洞挑射水舌的水力特性进行了研究。原设计连续挑坎存在水舌落砸本岸基岩的问题,改为斜切挑坎予以解决;采用RNG k-ε紊流模型计算了三维流场,再现了水舌的空中形态,对比沿程水面线、出口流速和水舌挑距,计算结果与测量数据吻合较好。研究结果表明：对于中低流速的斜切挑坎,挑角以15～25°为宜,高坎出口的表面流速明显小于低坎出口的临底流速,会导致高坎出口挑距明显缩短,理论分析时应考虑挑坎高差对流速的影响。     

阻塞式旋流泄洪洞的泄量特性分析

本文采用模型试验和理论分析相结合的方法,对阻塞式旋流泄洪洞的泄流规律和影响因素进行了分析。结果表明:泄流规律与旋流洞流态密切相关,进口和竖井非淹没时为堰流泄流,淹没时为有压孔流泄流;进口淹没时泄流量受起旋器喉口和阻塞孔口共同影响,且两个断面处均为有压孔流泄流规律;起旋器喉口流量系数与喉口前水头损失和喉口断面压强有关,且后者为主要影响因素;阻塞孔口流量系数与阻塞前水头损失、以及阻塞导致的相对空腔半径、旋流角和相对壁面压强的旋流特性变化有关;起旋器喉口流量系数在阻塞面积收缩比m=0.56时约为0.4,m≤0.18时介于0.55~0.65;阻塞孔口流量系数在m=0.56时接近0.5,m≤0.18时介于0.25~0.32;给出了起旋器喉口断面面积设计计算表达式。     

基于Kalman滤波糙率反演模型的河道洪水实时预报研究

建立基于Kalman滤波理论的河道糙率反演模型。将河道不规则断面沿程概化为矩形、三角形和抛物线型断面。引入水力半径与水深的经验关系,基于圣维南方程组动量方程中惯性项与弗洛德数相关性,推求水深对糙率的偏导数,建立基于Kalman滤波理论的平原区河道糙率反演模型。选择淮河干流王家坝至鲁台子河段为例,将糙率反演模型与水动力学模型相结合进行河道洪水实时预报,并与一维水动力学模型的预报结果进行比较分析。结果表明,在预见期为6小时的实时预报中,耦合模型与原水动力学模型均取得较好的预报效果,耦合模型预报精度好于原水动力学模型,也证明了所建模型的合理性。     

水动力-水质耦合模型污染源识别的贝叶斯方法

环境水力学系统存在诸多不确定性,如测量数据的不确定性等,这导致水体中污染源识别这一类反问题具有不适定性,尤其表现为反演结果的非唯一性.经典的正则化方法和最优化方法由于只能获得参数的"点估计",因而在求解不确定性较强的问题时存在较大的困难.此外水质模型和流场控制方程(Navier-Stokes方程)耦合,使得正问题的解具有较强的非线性特征.为解决上述问题,针对水动力一水质耦合模型,建立了基于贝叶斯推理的污染物点源识别的数学模型,通过马尔科夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)后验抽样获得了污染源位置和强度的后验概率分布和估计量,较好地处理了模型的不确定性和非线性.算例结果表明,结合MCMC抽样的贝叶斯推理方法能很好地描述及求解水动力一水质耦合场条件下的污染源识别反问题.     

基于岩体极限平衡理论的煤层底板突水危险性预测

基于岩体极限平衡理论,研究了完整近水平煤层底板突水力学机制。综合考虑底板隔水层厚度、工作面斜长及隔水层岩性组合特征,推导出了底板突水极限水压值计算公式。以保德煤矿为例,将突水极限水压值法运用到保德煤矿13＃煤底板突水危险性预测中。通过与传统突水系数法对比分析,阐明了突水极限水压值法的优越性:突水极限水压值法改进了传统突水系数法,可更有效地进行工作面斜长较大时的底板突水危险性预测。     

不对称引水系统双调压井涌波研究

在无阻尼的假定下,建立并求解了不对称引水系统双调压井涌波的二元二阶微分方程组.研究表明:双调压井涌波存在两个波动频率,任意一个调压井涌波波动为两个波函数之和,而涌波波幅与引水系统水力参数、涌波方程的初始条件有关.以某电站为例,采用两机组导叶瞬间关闭的假定处理初始条件,研究调压井涌波波幅与引水系统水力参数的关系,揭示了不对称双调压井引水系统控制工况下,小机组对应的小调压井涌波波幅在一定范围内并不随着调压井面积的增加而减少的特殊现象.提出不对称引水系统双调压井的面积设计还应根据涌波波幅与调压井面积的变化曲线、避开使得调压井涌波波幅较大的区域的观点.