串珠状堰塞湖级联溃决对汶川震区河流演化的影响

"5·12"汶川地震震后3年多以来,串珠状堰塞湖群的形成和发展,对震区河流演化的影响重大。通过对汶川地震灾区岷江支流——渔子溪的耿达—映秀河段的野外考察发现,堰塞坝对河流挤压造成异岸冲刷,河道横向展宽或弯曲;多堰塞湖河段河床抬升强烈;部分堰塞坝由于未完全溃决而逐渐发育成尼克点,从而形成阶梯状河床。鉴于野外考察的局限性,通过野外水槽实验初步探索了堰塞湖级联溃决的动力学特征,堰塞湖级联溃决放大了山区河流洪水的峰值流量,从而加剧了河流沿程冲淤程度,更有利于梯级河床的形成。探索多堰塞湖河段堰塞湖级联溃决情况下的河床演化规律,旨在为地震灾区河道修复及灾后恢复重建提供科学指导。     

基于正交设计的土体细颗粒迁移积聚水槽实验研究

在中国形成泥石流的主要物质来源是一种包含了黏粒、粉粒、砂砾和砾石等组分的"宽级配弱固结土",土体细颗粒迁移、积聚、阻滞效应将导致泥石流的触发。基于上述认识,考虑斜坡坡度、降雨时间、降雨强度等3个影响土体细颗粒迁移积聚特征的因素,利用正交原理设计水槽实验,对各因素进行了敏感性分析。在实验基础上,将细颗粒增量作为表征在人工降雨水槽实验中土体运移效应的评价指标,运用极差、方差和回归分析等手段,对影响细颗粒迁移积聚特征的3个因素进行分析。结果表明:基于正交原理设计的人工降雨水槽实验,大大缩短了实验周期;影响土体颗粒运移效应的诸多因素中,降雨历时是主要因素,以下依次是降雨强度、斜坡坡度;其中,降雨强度和降雨历时是土体颗粒迁移的决定性因素,斜坡坡度的影响次之;细颗粒增量y与控制因素降雨强度x1与降雨历时x2可用y=(40.92-0.83x1-0.0045x21-8.12x31+81.26x2)/(1-0.42x1+619.8x2)统计关系式来描述。所得结果对土体细颗粒积聚迁移的确定提供了依据,为细颗粒运移效应的深入研究提供了参考。     

堤基管涌模型试验研究

针对堤基进行了管涌砂槽模型试验研究,观察并分析了管涌发生、发展并导致溃堤的过程.试验结果表明,管涌破坏均发生在透水层的顶面,只要低于临界水头,管涌就仅在一定范围内发展并最终停止,如果超过临界水头,管涌通道持续发展并最终与上游河水连通,连通管流的强力冲刷力最终导致堤基整体破坏和溃堤.     

间歇性波浪扰动下河口底泥中磷释放特性研究

作为反映河流、海洋水体受污历史的载体,河口底泥在污染达到一定程度时易在海洋动力作用下释放沉积其中的污染物,影响水体水质。为了明确秦皇岛近岸海域内污源染,量化波浪扰动下底泥释放对水质的影响,该研究以波流水槽为动力试验设备,选取秦皇岛污染最严重的河流之一大蒲河的河口底泥为研究对象,试验研究河口底泥在间歇性波浪扰动下磷的释放特性。总磷在波浪扰动下的释放可分为浓度迅速增加的初期和浓度随时间线性增加的稳定期两个阶段,浓度随波高增大而升高,且在波高大于8 cm时与浊度呈显著正相关。溶解性总磷受浓度梯度和波浪引起的孔隙水压力影响向上覆水体迁移扩散,随时间呈小幅增加。总磷在波浪扰动初期的释放强度为2.00×10~(-3)–8.75×10~(-3) mg/m2/s,是稳定期释放强度0.50×10-4–2.25×10~(-4) mg/m~2/s的18–40倍,且两个阶段的释放强度均随波高呈指数增长。当波浪强至起动底泥,原先的泥水界面释放转为底泥起动悬浮释放,水体中颗粒态磷取代溶解态磷成为磷的主要赋存形态。间歇性波浪扰动静置期,颗粒态磷的吸附沉降使得水体中总磷浓度和颗粒态磷的比例大幅降低。     

异重流潜入现象探讨Ⅰ:水槽实验与理论分析成果回顾

本文对异重流潜入现象中各种潜入点水槽实验、理论分析和数值计算成果进行回顾,并探讨不同进口水沙条件下异重流潜入点的水沙特性、潜入点与其下游异重流水沙因子的关系,全文以两篇分述。本篇介绍各家用浑水、盐水和冷水进行实验,在已知进口水沙(盐水或冷水)条件下,获得潜入点断面的密度Froude数Fp,且Fp为某一定值;水库壅水区Fp值在0.5~0.8之间,引航道口门处Fp在0.25左右。在潜入点理论分析、模型数值计算方面,探讨了潜入点Fp值同掺混系数、阻力系数以及潜入点下游异重流深度hd与潜入点水深Fp之比的关系;各家建立不同概化图形并应用能量、动量方程进行分析,求得不同形式的Fp表达式;有学者利用紊流水沙模型进行数值计算与水槽实验的Fp值或hp进行对比,获得基本符合实际的结果。     

应用PTV粒子追踪测速技术的鱼卵运动试验研究

鱼卵运动研究是了解自然河流中鱼卵漂流散布规律的力学基础,对鱼类早期资源估算、产卵场位置推算和鱼类栖息地修复等具有重要意义。本文应用PTV粒子追踪测速技术,通过20组不同水深、不同流速工况的水槽试验和200组鱼卵粒子群(直径为4 mm,比重为1.01)运动视频的图像处理,并结合理论推导解析鱼卵运动方程,系统分析了恒定均匀流条件下的鱼卵运动特性、主要影响因素及其作用机理。结果表明,鱼卵运动的主要影响因素为水流速度、鱼卵比重、鱼卵粒径和鱼卵初始速度。鱼卵纵向速度随水流纵向速度线性增大,其试验拟合结果为水流纵向速度的0.73倍;鱼卵垂向速度(沉速)主要受鱼卵比重和粒径的影响,与水流纵向速度无直接显著关系;鱼卵运动轨迹在小流速情况下近似线性下降,且轨迹斜率随流速增大而趋缓;当流速增大到0.93 m/s,鱼卵轨迹受水流紊动效应影响转变为伴随着个别鱼卵猝发跃移的波浪翻滚式下沉;水深对鱼卵运动速度和运动轨迹的影响相对微弱;鱼卵初始速度对其运动的影响仅在初始极为短暂的时间内。     

堆积体对河道横断面流速分布影响的试验研究

大型泥石流、滑坡等灾害引起的河道堆积体体型较大,会引起河道横断面流速分布的较大改变。为了研究堆积体对河道横断面流速分布的影响,拟通过10组缓坡和6组陡坡河道水槽试验,得出不同尺度堆积体在陡缓坡河道上引起的横断面流速不均匀性的沿程变化结果,并对动能修正系数α和流速横向分布的结果进行分析。结果表明:α的大小能够反映流速断面分布的均匀性,且堆积体的阻水率越大,流速分布的不均匀程度越高;对于缓坡河道,在堆积体河段的x/l=0.5处,流速分布的不均匀程度最大,下游需要较远的距离来消弥堆积体对流速横向分布的影响;对于陡坡河道,流速分布均匀程度的变化主要集中在堆积体河段,且α峰值明显低于缓坡,对上下游影响不大。     

管涌的砂槽试验研究及颗粒流模拟

为了揭示管涌发展的细观机理,分析了土体内部细颗粒运移引起管涌破坏的动态过程,进行了管涌砂槽模型试验和颗粒流数值模拟,根据数值模拟结果,分析了管涌发展过程中试样细观变化规律及流体的变化规律,并与砂槽模型试验结果进行了比较.结果表明在不同的颗粒组成、孔隙率大小和渗径长度下数值模拟获得的临界水力梯度与室内试验结果均比较接近,从而证明了采用颗粒流程序研究管涌问题是合理的,为从细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径.     

振荡水柱式防波堤的水动力特性

提出一种带水平底板的振荡水柱式新型防波堤. 借助二维物理波浪水槽,研究结构系统在3种不同水平底板宽度、12种不同波浪周期下的水动力特性. 通过实验探究波高对防波堤模型相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置水平底板能有效提升振荡水柱式防波堤的阻波性能;当水平底板宽度等于模型板间宽度时,入射波周期小于1.6 s的波浪的透射系数小于0.5;当水平底板宽度增大到2倍模型板间宽度时,入射波周期小于2.2 s的波浪的透射量小于50%. 水平底板的存在增加了系统的能量耗散,提高了系统对长波区间波浪的阻挡性能;波高的变化对相关水动力参数影响不大.     

数值波流水池构造方法研究

该文在FLUENT软件平台下构造了二维数值波流水池.基于不可压缩流体RANS方程建立数学模型,使用VOF方法追踪自由面位置;将水池入口取为波浪与水流相遇并产生相互作用的起始位置,给定入射静水波和水流叠加的边界条件;在水池下游设置消波区,采用动量源项消波方法对波浪进行衰减,消除波浪在水池出口边界处的反射,生成了波浪和水流共存的稳定流场.针对不同水流流速剖面和波浪条件进行了数值模拟,并通过实验数据考核数值水池模型的准确性.对Thomas的实验数据进行数值仿真,得到了不同流速的均匀逆流对波高和波长的影响;针对剪切流,模拟了Kemp等的实验数据,计算不同波幅的波浪在非均匀顺流和逆流中的变形.结果显示,数值结果与实验数据吻合良好,表明了该数值波流水池模型能够较为准确地模拟波浪和定常水流的相互作用.