滩势转移法在澜沧江急浅滩整治中的应用

急浅滩是山区河流常见的滩险类型,常规整治方法难以奏效,为此提出滩势转移的整治方法。该方法将原急滩滩势转移为新滩,形成缓流区等供船舶上行的滩段,旨在整体达到通航条件。应用河工模型试验研究手段,以澜沧江曼厅大沙坝河段的无名洲急浅滩为例,分析滩险特性和成因,指出扩大泄水断面法等常规整治方法难以整治的根由,阐明滩势转移法的基本思路、工程布置以及整治效果的分析方法,得出滩势转移法的适用条件和范围。滩势转移法适用于滩间关联性较强、常规整治方法影响大的滩群整治中,原滩整治后消滩指数X_(F)不宜过低,以0.8~1.0为宜;新滩需要较强的束水作用,但形成的急滩碍航区不能过宽,需留有上滩适航区。

内河溢油污染源逆时追踪数值模拟

为研究内河溢油污染溯源问题,从溢油污染应急处置时间尺度出发,以三峡库区典型河段为例,采用拉格朗日油粒子模型,基于Fortran语言从底层开发了溢油扩展漂移及逆时追踪数学模型,模拟了三峡水库典型运行工况下的可能溢油污染过程,对溢油扩展漂移和溢油逆时追踪进行了模拟分析。结果表明该模型可较好地模拟溢油污染的扩展漂移过程及追踪寻求出污染源的大致位置,可为内河航道中不明溢油源污染事故的应急调查提供参考。

长江上游典型丘陵山区坡耕地径流及氮磷碳流失特征

持续的坡面降雨可能引发地表径流和壤中流的形成。其中,地表径流可通过溶蚀、侵蚀、运输等方式将大量富集在表土(通常为0~20 mm厚度)的养分从土壤中转移到受纳环境。降雨强度和坡度的变化可以影响坡面径流强度,从而改变径流中总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性有机碳(DOC)等养分浓度与通量过程。通过模拟降雨试验,设置3种典型降雨强度(40、60、90mm/h)和坡度(6°、12°、18°),探讨不同条件下丘陵山区紫色土坡面径流及坡面TN、TP、DOC流失特征。结果表明:1)产流临界坡度不是一个定值,降雨强度在60 mm/h及以下时,临界坡度介于6°~18°;降雨强度达到90 mm/h时,未出现明显的临界坡度。2)相同降雨强度下,径流中TN和DOC浓度与坡度呈正相关(18°>12°>6°);降雨强度为90 mm/h时,径流中TP浓度与坡度的关系为6°>12°>18°,其余降雨强度下,则为12°>18°>6°。除12°坡面外,DOC流失量随降雨强度增加呈上升趋势;TP最大流失量出现在90 mm/h降雨强度下的6°坡面,为0.91 mg/m^(2),表现为来源限制,其余坡度坡面的TP流失表现为携带限制。3)坡面产流量和产沙量主要受降雨强度的影响,产流量和降雨强度与径流中TP流失量和DOC流失量显著相关,坡度与碳、氮、磷流失量的相关性均不显著,径流中TN流失量与TP和DOC流失量显著相关。研究显示,高强度降雨和小坡度组合下,径流量、TP流失量、DOC流失量显著高于其余降雨强度和坡度的组合,而在高强度降雨和大坡度组合下,TN流失量达到峰值。因此,需要特别关注强降雨、小坡度下紫色土中TP、DOC流失及强降雨、大坡度下TN流失问题。

内河船舶航行阻力及通航水力指标计算

以山区河流澜沧江为代表,采用实船静水航速试验资料,对原兹万科夫公式进行了修正,提出了适合于澜沧江代表船舶的水流阻力计算式.对比其他山区河流船舶航行阻力的研究成果,讨论了内河船舶的航行阻力计算方法.结合坡降阻力计算,建立了澜沧江急流滩的通航水力指标,并与其他内河航道的通航水力指标进行了比较分析,明确了各典型内河航道通航水力指标与航道条件的关系.

弯道水流纵向垂线平均流速分布的计算

弯道水流特性是水利界感兴趣的重要研究课题。而弯道水流纵向垂线平均流速的分布则是其重要内容。运用弯道水流概化模型试验,利用先进的ADV进行了三维流速数据的采集,从中提取了纵向流速参数。基于作者提出的弯道水面横比降与纵比降的沿程分布公式,经理论推导得到了弯道水流纵向垂线平均流速分布的计算公式。研究表明,公式与实测资料吻合良好,为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了理论基础。

“蓄清排浑”水库运用方式与淤积过程关系探讨

为减轻水库泥沙淤积,我国研究工作者提出了行之有效的“蓄清排浑”运用模式。以往人们对“蓄清排浑”的理解基本停留在原则框架的层次,对“蓄清排浑”水库淤积过程的认识不够深入。本文采用一维不平衡泥沙数学模型,以溪洛渡水库为案例,针对影响“蓄清排浑”水库运行条件最为重要的时间和空间因素,从汛后蓄水时间和汛期限制水位两个方面对水库淤积量过程、三角洲推进、横断面发展和排沙比变化等淤积特性的影响进行了分析。研究结果给出了不同水库运行条件下库区泥沙淤积的一般规律。

河道型水库动防洪库容近似计算方法

本文从明渠恒定非均匀流方程出发 ,推导了河道型水库动、静防洪库容关系 ,以数学模型为手段 ,计算并绘制动、静防洪库容关系曲线 ,给出防洪库容一般变化规律 ,提出计算水库防洪库容具体步骤和方法 ,为可研阶段或中小型防洪水库缺少断面资料情况下 ,确定水库的防洪库容提供参考。河道型水库防洪库容计算方法应结合实际水库具体情况选取 ,完全采用静库容法计算防洪库容是不符合实际的。

澜沧江船舶航行阻力及通航水力指标研究

采用螺旋桨推力与船舶航行阻力相平衡的原则,以兹万科夫水流阻力计算公式为基础,根据澜沧江实船静水航速试验资料,以船舶浸水面积与水流佛劳德数为典型参数,对原兹万科夫公式进行了修正。提出了适合于澜沧江代表船舶的水流阻力计算公式。结合坡降阻力计算,探讨了多种工况下的船舶推力和航行阻力的计算问题,提出了一系列急流滩消滩流速—比降组合。并建立了应用方便、结构简单合理的澜沧江通航水力指标,即船舶能自航上滩的最大流速—比降关系式,为澜沧江航道的规划、设计及整治提供了理论基础。

基于非均匀流浅水效应的船舶操纵建模与仿真

为更好体现和模拟山区河道的水流条件和船舶航行姿态,在明渠恒定非均匀水流模型基础上,开发了基于浅水效应的3自由度MMG船舶操纵运动数学模型。通过船舶定回转试验和Z型运动模拟结果表明,随着水深吃水比h/d的减小,船舶浅水效应越为突出,直航速度越小,定回转直径越大;同时,船舶Z型运动的摆幅越大,运动周期越长,说明船舶的舵效和操纵性能越差。结合工程实例分析表明,本文开发的基于非均匀流和浅水效应的船舶操纵运动数学模型可以应用于工程实际研究,山区河道的船舶操纵运动采用基于浅水效应的模型计算才更加合理和符合实际。

基于CAD二次开发的流场可视化研究

水动力流场计算是水利工程及航道整治工程研究中涉及的重要内容。为实现流场可视化自主研发和便于编辑,提出一种基于CAD二次开发的流场生成及可视化方法。采用Fortran和C#的混合编程技术,基于动态链接库,通过C#与Fortran参数的传递,对AutoCAD进行二次开发。该方法可以在AutoCAD平台上快速绘制流场矢量图和流场云图,也可用不同颜色表示数值的大小,从而实现流场的可视化编辑。以三峡库区长寿河段为例,对该方法进行演示和应用,结果表明其具有较好的可视化效果和实用价值。

金沙江中下游梯级优化开发模式探讨

随着长江上游和金沙江水利、水电梯级的逐步开发,从梯级整体效益出发,考虑梯级长期保持最大效益成为最重要和最值得认真研究的问题之一。本文结合金沙江中下游流域水沙特性和梯级水库开发特点,指出原开发模式存在的不足,提出金沙江梯级的优化开发模式-梯调方案。研究表明,梯调方案考虑了金沙江流域梯级开发的上下游互补及功能定位优化,最大限度满足流域的长远防洪、发电和减淤,对于流域长远利用和金沙江梯级开发和管理具有重要参考意义。

水库可持续利用初步探讨

多沙河流上修建水库,泥沙淤积是危及水库可持续利用的主要原因。本文通过分析水库运用过程中的泥沙淤积变化,展示了水库淤积对水库防洪和工程效益的影响。以溪洛渡水库为例,指出在目前“蓄清排浑”运用模式情况下,水库淤积虽然能够得到相当程度的控制,但仍不能确保主要防洪和兴利库容的长期使用。对泥沙调度仍有相当优化和进一步减淤的必要性。研究表明,充分利用调度和设计潜力,水厍的有效库容能够得到更多和更长期的保留,以实现可持续利用。

河湾岸坡泥沙起动流速研究

通过对河湾岸坡上泥沙颗粒的受力分析,建立了相关的泥沙起动模式,从理论上推导出了对应的起动流速公式。与顺直河床的泥沙起动公式的比较表明,沙莫夫公式只是本文公式的特例。在概化的河湾岸坡水力学模型上,系统研究了不同弯道半径、水深、流量及岸坡坡度情况下泥沙的起动流速。通过验证比较表明,用本文所给公式计算的河湾岸坡泥沙起动流速与试验实测资料和前人的研究成果基本一致。

弯道水流环流结构的试验研究

建立了弯道水流概化模型试验,利用ADV对三维流速数据进行了采集。通过对弯道水流流速的分析统计,对弯道环流沿程变化和分层结构进行了初步研究。结果表明,环流结构在弯顶前后呈现出不同规律,并且存在沿水深上下分层的现象。研究为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了基础。

三峡水库运行初期库区糙率特性分析

为得到三峡水库实际运行后库区泥沙的淤积糙率,基于三峡水库运行10余年库区实测淤积资料、日均来流量与水位序列,采用一维水流模型推算了三峡水库正常蓄水运行以来库区沿程的综合糙率。结果表明,常年回水区峡谷段淤积较少,糙率随流量、运行时间变化较小,糙率相对较大;常年回水区宽谷段泥沙在主槽落淤后床面阻力减小,糙率逐年降低;常年回水区弯曲分汊段泥沙淤积严重,糙率逐年减小;变动回水段天然河道特性起控制作用,糙率相对稳定。同一洪水流量情况下,随运行时间推移和淤积发展,糙率总体减小。常年回水区糙率的降低值明显大于变动回水区糙率的降低值。三峡水库淤积过渡期糙率与河道部位、断面形态、河道形态等参数均存在一定关系。研究成果为三峡水库淤积与糙率的关系研究奠定了基础。

三峡库区支流航道技术等级定级及其应用

三峡蓄水后支流的航道条件得到根本改善,但由于常规的内河通航标准没有考虑水库蓄水对支流航道的影响,因此不能采用常规体系来定级三峡库区支流航道的技术等级。以支流梅溪河为例,从水流条件、航道尺度、通航保证率等方面对三峡成库后支流的航道技术等级定级进行了初步探讨;将该标准体系应用于梅溪河,得到了三峡蓄水后梅溪河的航道标准。成果为三峡及类似库区支流航道技术等级的界定及相关研究提供了参考和借鉴。

水库淤积初步平衡问题

水库淤积平衡问题对于确定淤积危害程度、可持续利用标准等都非常重要。本文通过分析大量已建、在建和规划水库淤积情况,对水库淤积初步平衡后淤积变化趋势与设计淤积标准等问题进行了讨论和商榷。研究表明,水库淤积初步平衡后,兴利库容淤积发展仍然很快,库尾河床与水位抬升仍在继续,并未最终稳定。水库淤积平衡应该更加注重兴利库容淤积情况和库尾河床与水位抬升趋势,仅仅关注总淤积量变化情况是不够的。从区域长远利益考虑,大江大河上的水库设计淤积年限还应大大加长。

弯道床面切应力的研究

弯道床面切应力是弯道泥沙起动的直接动力,运用弯道水流概化模型试验,利用先进的ADV进行了三维流速数据的采集。弯道水面横比降与纵比降的沿程分布公式以及弯道水流纵向垂线平均流速计算方法,从理论上进一步推导得到了弯道床面切应力分布的公式。通过计算,给出了不同参数对弯道床面切应力分布的影响。研究表明,计算床面切应力的分布不仅与前人研究成果基本一致,而且更加完善和系统化,为深入探讨弯道水流特性奠定了基础。

水库淤积的一种不利形态

水库效益发挥程度与水库淤积形态密切相关。三角洲淤积在实际水库中比较普遍,研究相对较多。文章利用数学模型计算,发现水库在前期三角洲淤积基础上还可能出现一种新的淤积现象,称为二级三角洲形态。通过大量分析,论证了这种不利形态产生的可能性、影响因素以及危害性。二级三角洲虽只是数学模型意义上的淤积形态,但由于其主要侵占兴利库容,对水库防洪和调节性能影响极大。同时,二级三角洲可能会大量抬升变动回水区的水位,大大增加库尾的淹没损失,危害极为严重。实际水库调度运行中应高度重视并严加避免。

从“蓄清排浑”水库运用方式与淤积过程关系看水库泥沙数学模型的验证

"蓄清排浑"是协调水库泥沙淤积与兴利矛盾的有效调度方式。长时段、长河段水库泥沙问题的研究目前还主要依赖于数学模型。通过分析当前国内各家模型发现,一定范围内拟定不同运用水位和不同汛后蓄水时间方案,前期淤积总量过程基本一致,但库区泥沙淤积分布和水库后期淤积量却差别很大,对兴利库容影响尤为明显。文中通过研究典型水库淤积过程与运用方式的关系,分析了不同方案运用对水库纵向淤积推进、横断面淤积发展和兴利库容保留程度等的影响,并对水库泥沙数学模型的验证提出了建议。