卵砾石床面时均流速分布的试验研究

单一明渠水流由于边壁和自由水面的影响,主流区内时均流速沿垂线方向的分布存在多种形式。本试验借用声速多普勒流速仪(Sontec-ADV),测试了不同卵砾石床沙组合条件下的床面时均流速结构。试验表明:垂线流速分布主要受床面糙度R/Ks和水流流态的双重影响,佛汝德数和相对糙度在一定程度上决定了其归属于单一对数分布还是S形曲线分布,而S型曲线的转捩位置Z/H值与相对糙度R/Ks具有较好的相关性。     

下庄倒虹吸进出口水力特性水工模型试验研究

多管倒虹吸为引调水过程中的常用交叉建筑物,为使倒虹吸进口流态平稳,分水口通常不设置在倒虹吸进口附近。而下庄分水口由于征地和施工等原因,分水口与倒虹吸进口采取了合一布置,这对进口流态产生较大不利影响。基于水工模型试验,本研究提出的改无压明渠分水为有压短管分水口的方法极大改善了倒虹吸进口流态。而试验中发现下庄倒虹吸出口三个闸室在常遇工况下存在水面交替振荡现象,最大波幅达1.4 m,经过研究分析发现水流在检修闸门井和工作闸门井间的竖向扩散是造成振荡的原因,在检修门井和工作门井间设置隔梁或隔板可以抑制水流竖向扩散,从而减小了水面振荡,波幅减小至0.1 m,并且设置隔梁方案工程量相对较小,比较经济,故后续优化方案布置中采用该方案。研究成果可为类似工程的设计、研究和运行管理提供参考和借鉴。     

海水入侵淡水运河与湖泊的耦合数学模型研究

江海连通运河中的船舶过闸时,海水中的盐分会在异重流作用下向淡水水域入侵,进而影响淡水水域的水质及淡水生物的生存环境。为了分析船闸运行过程中盐分沿程交换与输运特征,以尼加拉瓜运河上的拟建船闸为例,通过建立耦合的盐分交换分析模型和三维数值模型,模拟计算了海水逐级入侵各级闸室并向上游淡水水域输运的过程。模拟结果表明：各闸室与上游航道各断面的盐度呈周期性变化,在船闸运行一段时间后逐步趋于动态平衡;上游航道盐度输运可分为异重流段、过渡段和扩散段;一个循环内入侵上游航道的盐量随着船闸运行时间的增加逐渐减小并趋于恒定值。基于耦合数学的模拟结果,建立微分方程对尼加拉瓜湖的湖水平均盐度进行了预测,计算结果表明湖水远期盐度远小于环境承受盐度。      

二滩水库拦沙作用及其对金沙江流域水沙变化的影响

金沙江流域的水沙变化对三峡入库水沙条件具有重要影响.通过对二滩上游水沙变化过程的统计分析,利用回归分析方法估算了二滩水库的拦沙量.结果表明:1998～2004年,二滩水库年均拦沙量约5000～6500×104 t左右,水库年均淤积率大于0.66%.2001～2004年,上游来沙量减小,二滩水库拦沙量也相应减小,年均拦沙量4000～5000×104 t,上游所来泥沙约有95%淤积在库区.2001～2004年二滩比1991～2000年新增拦沙量0.238×108 t,占屏山站减沙量的21.25%.二滩上游梯级电站及金沙江干流梯级电站建成后,按照二滩的运用方式,可拦截流域90%左右的来沙,从目前的水沙条件看,可能使三峡水库的进库悬移质泥沙减小60%以上.     

河流交汇分离区特性研究

该文采用k-ε双方程模型模拟流场,选用VOF模型模拟自由面,依据物理实验条件对交汇式河流进行了三维数值模拟,成功模拟出了分离区的出现、分离区的几何尺度、交汇区域的水位变化等现象.数值模拟结果与应用声速多普勒流速仪(ADV)测量的试验结果吻合较好.研究表明:在汇口下游主流右侧出现分离区,分离区流速较小甚至出现回流现象,分离区的形状随着入汇角的减小而变得狭长,分离区的尺寸随着入汇角度和汇流比的增大而增大.本模型不仅对排污口的设计、河道治理等具有重要指导作用,还可进一步用于研究交汇区域的污染物扩散.     

卵砾石河道摩阻流速计算方法探讨

通过水槽试验,采用6种方法:对数流速分布回归法、外延雷诺应力分布法、三维紊动能法、垂向紊动能法、韩其为经验公式法和拖曳力系数法,计算了卵砾石河床的摩阻流速。以韩其为计算摩阻流速的经验公式为标准,分析了各种方法中参数取值对计算结果的影响及其在不同水力和床面条件下各种方法的适用性。提出了2种可行的计算途径:光滑床面条件下各方法计算摩阻流速所得结果最大均方差为2.15,其中对数流速分布回归法较准确,三维紊动能法计算值普遍偏小;相对粗糙床面条件下各方法计算摩阻流速的结果均方差最大达到8.84,其中对数流速分布回归法和三维紊动能法较准确。     

引江补汉工程段中分层减压控制闸布置与体型研究

引江补汉工程段中控制方案将控制闸设置在 164?km 处，以避免局部段内压过高的问题，主要从水动力特性 的角度论证洞线总体布置及控制闸布置与体型的合理性。采用一、三维数学模型与物理模型相结合的复合模型 开展相关研究：一维水锤数学模型用于闸门启闭过程的全线水力过渡过程分析，通过优化计算，得到相对较优的 闸门启闭过程，同时为控制闸段的三维数模与物理模型提供边界条件；三维水气两相流数学模型与物理模型模拟 分析闸室与调流池流态与水面波动、中孔溢流面压力分布等水力指标，同时为一维数学模型提供控制闸泄流能力 曲线。结果表明：当控制中孔弧形门以先慢后快的三阶段变速率过程开启时，可将全线的最大水锤压力压值在规 程允许范围内；中孔溢流面压力分布正常，调流池内水体消能充分，下有压洞进口前沿水面波动较小，未见吸气旋 涡等不利流态。引江补汉工程工程采用段中分层减压控制的总体方案是可行的，控制闸布置与体型合理，研究方 法可供类似工程参考。     

卵石床面清水冲刷稳定形态及其水流结构试验研究

由于测试手段的局限性,对粗化稳定的水流结构,尤其是河床粗化层不断调整的水流结构变化研究较为缺乏。借用多普勒声速仪 (SontecADV)和尼康全站仪(NikonDTM),测试了不同水沙组合卵石床面,在清水冲刷条件下的稳定形态及其水流结构。试验表明：在相近的水流条件下,粗化稳定后粗颗粒在床面的暴露程度和排列位置受原始铺沙与前期粗化程度的影响。清水冲刷卵石推移质输沙过程、稳定形态及其相应的水流结构具有较强的相互作用关系。在一定的水沙、床面形态条件下,平均流速分布沿相对水深的变化可由单一的对数分布转变为S形曲线,且其流速极值转捩位置也受水沙及床面形态条件的影响。     

泵站电站进水口分层布置下泵站开启对电站运行影响研究

泵站、电站进水口分层布置,可充分利用河谷宽度,减少工程开挖量。但在此布置下,泵站开启过程对电站进水口可能形成不利的水流流态,影响电站的正常运行。针对以上问题,结合动网格技术,采用k-ε紊流模型对某枢纽泵、电站分层布置进水口水力特性进行了三维数值模拟,通过分析电站进水口附近水体的压力变化,解析泵站开启对电站正常运行的影响。结果表明泵站开启过程对电站正常运行有一定的影响。     

海水经船闸入侵淡水运河的三维数值模拟

为研究船闸运行过程中盐分的输运规律及其对淡水水域的盐度影响,建立了三维k-ε两相混合流数值模型,模型控制方程组采用有限体积法进行离散,流速与压力耦合采用SIMPLEC算法,时间项采用一阶隐式格式,流项采用二阶迎风格式,计算区域采用六面体网格划分。采用某船闸的海水入侵原型试验成果对数值模型进行了验证,闸室内盐度的模拟值与实测值吻合较好。海水入侵淡水水域模拟结果表明:上游航道盐度分布可分为异重流段、过渡段和扩散段,各段盐分输运速度依次减小;各断面的盐度呈周期性变化,在船闸运行一段时间后逐步趋于动态平衡;一个循环内的盐分入侵量在船闸运行初期较大,随着运行时间的增加逐渐减小,并趋于恒定值。研究结果可为船闸的设计与运行调度提供科学依据。