无资料中小流域山洪灾害分析与评价

针对无资料中小流域的沿河村落开展山洪灾害分析评价对该区域的防灾减灾具有重要意义。文中首先根据当地暴雨资料分别推求了100年一遇、20年一遇及5年一遇的设计洪水,再结合实测的控制断面及河道比降,利用能量方程逐断面计算了不同频率的设计洪水位,然后通过对比沿河居民宅基高程与设计洪水位的相对大小确定了沿河村落的防洪能力,并依此划分了危险性等级,最后根据成灾流量反推法计算了不同土壤含水量下的临界雨量值。结果表明,(1)本次分析评价的所有沿河村落中,防洪能力低于5年一遇的极高危险区3个,介于5年一遇至20年一遇的高危险区5个,介于20年一遇至100年一遇的危险区9个,其主要分布于集水面积较大、洪水位较高的主流沿岸地区。(2)土壤含水量对临界雨量的计算结果具有重要影响,即土壤含水量越大,临界雨量值越小,反之则临界雨量越大。(3)支沟地区河道比降大,流速快,洪峰较为尖瘦,计算的立即转移雨量与准备转移雨量差值较大;主流地区比降小,洪峰较为低胖,计算的临界雨量差值较小,故临界雨量值还与防灾对象所处的流域位置有关。(4)当降雨量达到某一成灾村落的立即转移雨量时,则该村落将发生山洪灾害;当达到准备转移雨量时,则可知距洪水淹没村庄时还需多长时间,以便为沿河居民的防洪撤离提供依据。

缓变弯道河道冲刷试验研究

有关弯道水流及其河道演变特性的研究一直为人们所关注。本文引入了在直线段和单一曲率圆弯道间插入曲率渐变的过渡段这一新的弯道型式,舒缓水流冲击力和离心力作用,以减轻水流对河床及堤身、堤脚的冲蚀破坏。作者首先对这一弯道和圆弯道的水流流速、副流强度进行了数值模拟的计算和比较;又通过变换床沙、流量及放水时间,进行了24组合的动床试验;最后,通过整理分析所有实验数据,对插有缓变曲线的弯道的减蚀作用进行了探讨。结果表明:插有缓变曲线的弯道可以减轻水流对两岸堤身和堤脚的冲蚀破坏;在弯道同一横断上的最大冲深与沙洲波高的比值最终稳定在0.58。

沉沙池沉沙效果的平面二维数值模拟

在多沙河流上修建沉沙池可降低水流挟沙力,使水流的含沙量符合水质的要求。借助MIKE21软件模拟了浐河下游沉沙池在枯水枯沙10 a系列下的水沙运动,分析了其河床演变规律。基于交替方向隐式(ADI)技术和双扫描法(double sweep)求解了质量守恒方程和动量方程,采用以QUICKEST格式为基础的三阶有限差分显示格式求解了对流扩散方程。数值模拟很好地反映了沉沙池在10 a中的水沙运动情况。逐一分析了沉沙池的流速分布、含沙量分布、河床淤积厚度变化与河床坡降历时变化的规律。结果表明,该沉沙池的水流主要集中在右侧主河槽处,流程较短,左侧库区没有得到充分利用。经过8～9 a时,入库沙量与出库沙量基本相等,含沙量、河床淤积厚度与坡降以后基本不变。

竖缝式与仿自然结合鱼道水力特性及其优化

仿自然鱼道和结构型鱼道结合布置而成的鱼道,既具有仿自然鱼道和结构式鱼道的优点,又能满足苛刻的地形条件。针对地盘子鱼道,在设计及优化方案下分别建立比尺为1:10的整体模型,通过实测两种方案下模型水流的水位、流速及流态,论证了设计方案的合理性及优化方案的优化效果。结果表明:竖缝式和仿自然式结合布置的鱼道内水流流态良好,结构段和仿自然段采用较大底坡比进行衔接对衔接段流态并无不利影响;各溢流槽和竖缝平均流速基本保持在0.7~1.2 m/s,大流速区主要分布在衔接段及鱼道进口附近;与设计方案相比,优化方案中过鱼设施结构段S52~S57断面竖缝宽度增大25%,池室消能率最大降低50%;仿自然鱼道段进口处水深由1.0 m增加至1.3 m,F63~F68断面流速最大降低52%,有效保障了过鱼条件。研究结果可为设计和建设复杂场地过鱼设施提供参考。

基于时窗滑动平均法的水沙代表系列研究

确定良好的水文资料代表系列,对有效模拟河床演变有着重要的意义。通过采用时窗滑动平均法,选取不同长度的时窗分别对长系列水沙资料进行了滑动平均计算,确定出最优时窗的代表系列作为河工模型试验的水沙施放过程。最后,将其应用于灞河河工模型试验中,并与西北水利科学研究所2001年所做的正态河工模型试验之平衡河床成果相比较。结果表明:灞河B#坝库区在运行6年后,其河床达到冲淤平衡,与正态河工模型试验的平衡河床结果相符合。说明本河工模型试验所选用的水沙代表系列是正确的,所采用的时窗滑动平均法具有良好的适用性。

插有缓变曲线弯道水流运动的三维数值模拟

若能够有效地利用数值模拟来揭示弯道水流运动和床面冲淤流变规律,将可以节省大量的人力、财力和时间。为此,通过引入可以舒缓水流冲击力和离心力作用的缓圆缓和对称凸型这2种新的弯道型式,减轻水流对河床及堤身、堤脚的冲蚀破坏。数值模拟结果表明:缓圆缓弯道和对称凸型弯道的水面超高及横比降较圆弯道大幅减少;除弯道进口外,插有缓变曲线的2种弯道的凹岸近底流速均小于圆弯道,凸岸的弯道进口附近及过弯顶断面后,这2种弯道的近底流速较圆弯道明显减小;插有缓变曲线的2种弯道的深槽明显比圆弯道的要浅。

半干旱无资料中小流域设计洪水方法研究

设计洪水是确定水利工程建设规模,设计防洪工程的重要依据,对桥涵、堤防及水库等研究具有重要的影响。在半干旱无资料的某些中小流域,如何在混合产流模式下的无资料地区推求设计洪水,是当今计算洪峰流量所面临的最新难题。通过在Google地球软件上量取半干旱流域的干旱区和湿润区的面积,采用汇水面积相关法、综合参数法、推理公式法、瞬时单位线法分别计算干旱区和湿润区的洪峰流量,并将两种产流模式下的洪峰流量按干旱区与湿润区的面积比进行加权平均,可得该流域在混合产流模式下的设计洪峰流量;最后对比分析了4种方法计算的洪峰流量。结果表明,推理公式法是半干旱无资料中小流域推算设计洪水的最优方法。

水库泥沙淤积量测算方法研究综述及展望

我国江河大多泥沙量大,所建水库淤积严重,由此带来了一系列的问题。因此,及时、准确地确定其淤积量及淤积位置对工程措施的实施非常重要。首先,介绍了水库淤积量的测量方法,包括经纬仪测记法、SAR法、GPS+测深仪法;然后,针对淤积量的计算方法进行了详尽的述评,如:等深线、规则网格镶嵌法、断面或地形法、基于GIS的DTM法、泰森多边形法及基于库容曲线的泥沙淤积量计算法、输沙量平衡法和水力模型法等;最后,对水深测量误差的控制及淤积体体积计算的改进进行了探讨和展望,指出了需要进一步研究和解决的问题。

灞河水沙特性变化分析

为了研究灞河水沙变化规律,通过对灞河近50年资料分析可知,自20世纪70年代以后,灞河水沙呈现减小趋势,其中20世纪90年代减少十分显著,人类活动和气候变化是灞河水沙减小的主要因素。另外,从水沙关系可知,一旦来水量增大,来沙量也相应增大,将会对河工建筑物造成极大危害。

浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟

橡胶坝是一种低水头轻性薄壳柔体挡水建筑物,结构简单、施工方便且造价低廉,修建橡胶坝拦水造湖可形成景观水面,但立坝运行会造成库区床面的泥沙淤积,因此遵循河床演变规律,合理运行橡胶坝,可保持库区长期可利用库容。采用MIKE软件模拟桃花潭库区10年水沙条件下的河床演变,综合考察桃花潭河段水流流场、床面淤积厚度、河床比降以及纵断面形态的变化。结果表明:桃花潭河段的冲淤平衡年限约为7年,平衡后主河道淤积较为严重;冲淤平衡后河床纵断面在展宽段呈向上凸起的河床形态;基于桃花潭河段的几何特性、来水来沙条件和由宽入窄的壅水作用,进入该河段的含沙水流会因河道突然展宽,水流挟沙力与水流动能减小,导致泥沙更易淤积,造成床面抬升和洪水位的抬高。

基于水流黏滞性的模型沙选择

对于研究泥沙问题的全沙动床模型试验,模型沙的设计是整个模型试验的关键。当原型泥沙粒径过小,不考虑模型与原型的温度差异时,按比尺计算得到的天然模型沙粒径太小,通常不易获得。因此在满足悬移相似条件下,通过控制试验水温,根据不同温度及不同水黏滞系数ν,得到合理的颗粒粒径从而优化模型选沙。在原温和变温两种条件下分别计算所选泥沙的沉速和沉速比尺,表明改变温度所选的模型沙粒径是合理的,用较大粒径天然沙模拟原型较细沙,既满足沉速相似也满足悬移相似要求。试验验证结果表明模型沙选择满足设计要求,模型设计合理。

感潮河段弯道水流的水力特性

网走湖水质主要为生物化学污染。论文利用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)和咸水温度及深度测量仪(STD),于1996年的4月和8月在该湖出口下游河道的一个180°弯道处分别对三维流速场和咸淡异重流进行了原型观测。结果表明:在4月的融雪季节,从湖里流出的淡水主要为由上游流向下游的单向水流流动,且其流速u为矩形分布,量值与潮位有关;环流流速v与u值密切相关,下层流向指向凹岸。在8月的春潮季节,主要为上淡下咸且主流流向不同的成层异重流流动,且u的分布及流速梯度随着流向的不同而不同。经过观测数据与计算值的比较表明:融雪季节观测的主流和环流流速分布与理论计算值十分接近;春潮季节观测的环流流速表现为:(1)上、下层中的环流方向相反;(2)除过渡流外,环流强度与理论计算值较为接近。含盐度分布特征也因水流条件的不同而不同。

基于边缘检测技术的水库面积计算

图像边缘是一种重要的视觉信息,是图像最基本的特征之一。首先介绍了经典的边缘检测算子,然后进一步介绍了近年来出现的基于小波变换的多尺度边缘检测以及数学形态学的边缘检测方法,对其性能和算法特点进行了分析,最后将所有的边缘检测方法应用于水库面积计算中,同时对结果数据进行了比较分析。结果证明,基于小波变换的多尺度边缘检测以及数学形态学的边缘检测得出的水库面积精度高于其他算子。

非标准马蹄形断面隧洞的水力计算研究

马蹄形过水断面为无压隧洞较常采用的形式,但断面形式复杂使其水力计算变得十分困难。通过数学推导,给出了6圆弧马蹄形断面的水力要素计算公式;分别采用谢才公式和临界流方程,推导了顶拱和上侧拱所对应的圆心角的迭代公式,进而给出了正常水深和临界水深的计算公式,并将之应用于引汉济渭工程秦岭无压隧洞的水面线计算之中。结果表明:水面线形态与定性分析结果相符,计算简单、结果可靠,可为工程实例中类似断面形状的水力计算提供参考。

西安市防洪工程体系现状及改善措施初探

西安市尽管地处半干旱地区,但洪涝灾害仍是其面临的最大自然灾害之一,它严重地制约着西安市的经济发展和社会稳定。通过对该市防洪工程体系资料的详尽调研,进行了深入具体的分析,提出了防洪工程体系中存在的问题;并通过分析其原因,针对性地提出了相应的具体对策和建议,以提高该市防御洪涝灾害的能力,确保其防洪安全和地区的经济社会发展。

基于沙粒佛汝德数相似原理推算沙波河床上推移质输沙率

基于沙粒佛汝德数相似原理,首先推导出利用模型试验结果估算原型沙波河床上推移质输沙率的推算公式;然后塑造与原型较为一致的床面形态,利用模型试验对推算公式进行了验证。结果表明,在保证原型与模型的粒径比尺较大,且模型与原型床面形态一致的条件下,运用该方法推算沙波河床上的推移质输沙率时,可以取得较为满意的结果。

弯滩河流域梯级开发中水文分析

在流域开发规划中，水文分析至关重要。本文对重庆市巫溪县弯滩河流域及其流域上拟建的五座电站的坝址处进行了径流分析和计算，并对盐渠水文站洪水分析和频率计算，得出了各梯级电站的设计洪峰流量及洪水过程线，为弯滩河流域梯级开发提供了水文依据。

中尺度动床变态模型相似律的研究

由许多学者提出的中尺度河型划分图,其纵、横两轴无因次数都反映了水流水力特性及泥沙输移特性。本文假定模型与原型的该无因次数相等,结合阻力公式、泥沙输移方程及输沙量公式,推导了中尺度动床变态模型试验的相似律;然后依据该相似律设计模型及其试验条件;试验结果表明变态模型试验手法及该相似律是有效而可靠的;最后,针对弯道对沙洲波高相似律的影响,作者也进行了理论和实验考察。

水库周边水位变动引起库岸失稳的原因及特征

主要探讨在水库蓄水或放水情况下,造成库周边坡稳定性降低的原因,分析边坡稳定计算方法,探讨土坡各参数取值问题。

含有粗差的起始数据对水下地形测量的影响及修正

针对含有粗差的起始数据导致的错误碎部点成果,对粗差产生的途径进行了分析,给出了进行改正计算的必备条件,最后结合实际例子进行了计算验证。结果表明改正计算方法在理论上是严密的,在实际工作中也具有可操作性。