基于层次分析法和模糊理论的小型水库土石坝安全评价

鉴于水库大坝安全状态评价的模糊性和层次性,通过分析我国小型水库土石坝结构特征和破坏机理,构建结构安全状态评价指标体系,提出基于层次分析法和模糊理论的小型水库土石坝安全评价方法。利用模糊理论对层次分析法计算的权重进行修正,得到评价体系中各指标的隶属度值,根据最大隶属度原则确定结构安全状态的模糊综合评价结果。研究以浙江省杭州市余杭区康门小型水库土石坝为工程实例,应用本文的指标体系和模糊综合评价方法对其进行结构安全状态评估。将结果与工程实际对比发现两者基本一致,验证了本文所提出的指标体系及评价方法的有效性,可为小型水库土石坝的结构安全评价提供借鉴和参考依据。     

浸没式人工刚性植被群分布对弯道水流特性的影响

自然弯曲河流中,浸没式植被的存在及分布会改变其水动力特性,进而影响弯曲河道泥沙输移及底床变化.该研究采用180°U形折叠往返式水槽模拟天然弯道河流,木棒模拟刚性植被,运用声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimeter, ADV)进行测量,分析不同人工浸没式植被的分布对弯道纵向流速分布、湍流动...     

弯道对植被群河道水流结构影响的试验研究北大核心CSCD

为了解弯道对含植被群河道水流结构的影响,本文在180°U型弯道水槽中进行试验,采用圆形竹筷模拟低密度植被群,圆柱体模拟高密度植被群,运用声学多普勒流速仪测量三维流速,不同密度植被群放置于水槽相同位置,对比分析弯道的影响。试验结果发现,植被群上游调整长度及其稳定尾流区长度受弯道影响发生了明显调整,植被群密度的影响仅作用于植被群尾流结构,包括其中垂向湍动能的差异。植被群后出现植被群直径尺度的涡,使纵向湍动能分布出现波峰,峰值大小受弯道影响;植被群在弯道中所处位置越后,峰值越小。湍流谱分析中验证了此现象,并发现弯道作用使得植被群后小尺度涡增多,从而使得植被群后较小湍动能峰值的大小不随植被群放置位置改变。     

层结环境下刚性植被群对异重流影响的数值模拟

利用FLUENT软件模拟了层结环境下开闸式异重流通过刚性植被群的演变特性,使用二维大涡模拟,并结合用户自定义函数加入植被阻力效应,对异重流的头部速度、瞬时卷吸常数、势能转变,动能剖面变化等与环境水体层结度、植被群高度的关系进行相关分析。结果表明:层结环境会使异重流头部后期产生中性层入侵,但植被的存在会抑制此现象;在运动初期,异重流在低层结度环境时的头部速度比在高层结度环境的大,经过转变点,此趋势相反,而植被的存在会延迟这个转变点的出现,且转变点的出现随植被高度的增加而滞后;层结环境和植被都会抑制异重流的卷吸,但当这两种因素同时存在时,植被对异重流掺混抑制的影响起主要作用。异重流运动过程中,势能早期主要用于维持异重流前进,经过转变点后,大部分势能主要被不可逆掺混消耗,且植被和层结环境会将这个转变点提前。相同层结环境下,植被越高,异重流与环境流体间不可逆掺混引起的背景势能越不占优。层结环境会抑制断面处动能的多次波峰现象,但植被会促进该现象的发生。     

开闸式异重流3维运动现象及不确定度研究

异重流在自然界和工程界非常普遍,对人类工业生产及生活具有重要的影响。利用两台高速摄相机从侧视及顶视记录开闸式异重流3维运动形态,通过重复性试验分析异重流头部位置、速度、高度及角度的不确定度（采用变异系数衡量）,研究与异重流3维运动的关联性。由试验顶视图结果可知,异重流头部位置存在横向差异,异重流运动确实存在3维现象。异重流横向扩散不均匀和水槽边壁摩擦阻力的差异是造成异重流存在3维运动现象的根本原因,不确定度正是因为异重流3维运动而存在,这与试验观测到的异重流头部平面形态由波瓣和沟裂组成的现象一致。试验表明：在所研究时刻及盐度下,头部位置、速度、高度和角度均服从正态分布。当异重流处于加速阶段,头部位置和速度的变异系数随时间迅速递减,减速阶段则维持在定值附近,且变异系数均小于6%;头部高度和角度的变异系数在运动过程中始终维持在定值附近。由试验结果可知,异重流自身3维运动现象所导致的头部位置或速度的不确定度,约等于平均头部位置或速度的5%～6%,可作为日后进行单次异重流试验量测时不确定度的参考依据。     

基于浅水方程SPH的非恒定流运动特性研究

非恒定流研究对于水文量测及河道防洪预警工作具有重要的指导意义。为探讨流体运动特性,该文采用开边界条件下二维浅水方程光滑粒子流体动力学方法(SPH)进行数值模拟,并与文献中水槽实验结果进行对比验证。结果表明此算法具有较高精确度及适用性,能准确捕捉到非恒定流的滞后效应及绳套状曲线的水位流量关系。通过算例计算,探讨了坡度、流量及糙率单一变量变化对非恒定性及水位流量曲线的影响。研究发现:非恒定性及绳套曲线涨退水水位差值与坡度值呈负相关,与糙率值、流量值呈正相关,对于各量的敏感度由大到小依次为,坡度、流量及糙率。涨退水水位差值与非恒定系数和流量增量呈正相关。研究结果对于科研及工程应用中非恒定性的考量及水位流量的推算具有较好的指导意义。     

弯道植被水流中Monami现象及湍流特性试验研究

自然河流中生长的水生植物是生态系统的重要组成部分，植物的形态变化会影响水流的流动特性及污染物的输运。该文利用U型折叠弯道水槽进行试验，设置半侧分布的柔性植被，分析在弯道水流下不同流量及柔性植被配置对Monami现象的影响。试验结果表明：不同流量下的柔性植被形态存在差异，进而影响流速分布，当流量较大时，弯道中会出现Monami现象。在不同流量下，植被形态在弯道入口处呈现Monami现象、倾斜倒伏或直立；而在弯道后半程呈现Monami现象或无组织性轻微摆动。通过功率谱频率分析的高相关性证明Monami现象由K-H涡的不稳定性产生，且在弯道中，Monami频率减小。植被叶片的摆动使得湍流应力更深入植被冠层，而Monami现象的出现降低了植被冠层边界动量传输效率。此外，弯道会扩大植被冠层内扫掠主导区域的影响范围，改变无植被区的湍流活动类型。