礁冠宽度对珊瑚礁坪波浪增水影响的实验研究

通过物理模型实验研究岸礁礁冠宽度变化对礁坪上波浪增水的影响,实验采用概化的岸礁和梯形礁冠模型,在一系列规则波工况下分别测试5种不同宽度的礁冠以及无礁冠模型。实验结果表明:礁冠宽度越大,波浪破碎造成的能量衰减越剧烈;礁冠的存在使礁坪上的波浪增水增大,且礁冠宽度越大,增水值越大;增水随礁冠水深的增大而减小,并引入了一对无量纲参数合理地描述了入射波波要素对增水的影响;运用文献中基于能量守恒的理论模型进一步研究了礁冠宽度对增水的影响,并给出模型中的礁形参数与实测的礁冠相对宽度间的经验关系式;通过分析同一礁冠水深控制下,相对增水随着礁冠相对宽度的变化趋势,发现只有在礁冠充分宽的情况下礁冠水深才是控制礁坪上增水的主要因素。

湖南桃花江核电厂取排水工程对通航影响分析

基于有限元方法,建立了平面二维水流数学模型,对湖南省桃花江核电厂取排水工程对通航的影响进行了数值研究。利用模型计算了工程前后取排水工程附近水流特性,分析了16种水位流量组合下,取水口取水和排水口排水对航道通航条件的影响,研究结果表明,通过采用一定的安全措施,取排水工程的修建不会对通航安全产生影响。

紊动对黏性泥沙絮凝沉降影响的实验研究

在圆柱形沉降筒中利用多层格栅产生近似各向同性紊流场,研究盐水和淡水中紊动对黏性泥沙絮凝沉降的影响,分析絮团粒径、体积含量和泥沙浓度变化.研究结果表明:在相同剪切率条件下,和在淡水中相比,盐水中黏性泥沙絮凝时间缩短,絮团粒径增加,然而盐度对絮团体积含量影响并不明显;最大絮团粒径随着紊动剪切率的增加先增大后减少,最大絮团粒径对应的紊动剪切率在盐水中为20.8,s-1,淡水中为15.6,s-1;随着紊动剪切率的增加,水体中泥沙平衡浓度增大,达到平衡所需要的时间缩短.

非淹没刚性植物对孤立波传播变形影响实验

通过波浪水槽物理模型实验,研究了孤立波在植物模型前后波高、波形的变化、入射波波高、植物分布密度以及分布方式对孤立波反射、透射系数和波能衰减系数的影响.实验结果表明,孤立波波高在植物模型中急剧减小;孤立波经过植物模型后,其透射波仍以孤立波的形式继续传播,波形由尖陡变为平缓;随着水深的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数减小,透射系数增大;随着入射波高的增高,孤立波反射系数和波能衰减系数增大,透射系数减小;在植物分布形式相同的情况下,随着植物分布密度的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数增大、透射系数减小;在植物分布密度相同的情况下,植物在垂直于孤立波传播方向上分布地越紧密,孤立波反射系数和波能衰减系数越大、透射系数越小.

潜堤对破碎区至冲泻区水动力特性影响数值分析

破碎区至冲泻区水动力特性分析是研究近岸地区泥沙输运机理和岸滩演变的关键。考虑潜堤修建的影响,对破碎区至冲泻区水动力特性开展研究。运用基于RANS方程的波浪数学模型,选取非线性涡粘性k-ε紊动传输模型,采用高精度PLIC-VOF方法追踪自由面,并用实验数据验证模型精度。计算分析结果表明,潜堤的修建改变了破波点的位置,破碎区至冲泻区内水动力特性随之变化,入射波波高H、波长L、堤顶水深R和堤顶宽度B是主要影响因素。在相同的入射波条件下,B/R增大,破碎区至冲泻区内出现的最大紊动动能值和最大紊动耗散值减小。用量纲一参数Re,Fr和St来描述破碎区至冲泻区水动力特性,随着RL/BH增大,波浪将在离岸较近处发生破碎,Re和Fr增大,St减小。

非淹没刚性植物对规则波传播变形影响实验研究

在海岸带种植红树林等水生植物可以有效的减小波浪对岸滩的破坏,系统全面地研究植物对波浪传播变形的影响是非常必要的。基于波浪水槽实验,探讨了规则波通过非淹没刚性植物波高的沿程变化,分析了水深、入射波高、植物模型密度及分布方式对反射系数、透射系数与波浪衰减系数的影响,同时与孤立波实验数据进行对比。实验结果表明,随着水深的增加,规则波的透射系数增加、反射系数和波能衰减系数减小;随着入射波高的增加,规则波的透射系数减小,反射系数和波能衰减系数增加。在分布方式相同的情况下,植物模型分布密度增加,规则波的反射系数和波能衰减系数增加,透射系数减小。在规则波入射方向上模型布置越紧密,规则波反射系数和波能衰减系数越大,透射系数越小。分析讨论了植物模型对规则波和孤立波的影响,在入射波要素相同的情况下,孤立波和规则波的能量衰减在50%左右,说明植物模型具有良好的消波作用。

波浪通过斜坡上潜堤的波能演化实验研究

潜堤是防止海岸侵蚀的常用护岸建筑物,准确的掌握潜堤前后波浪的传播变形规律十分必要。该文以斜坡上梯形潜堤为研究对象,基于波浪水槽实验,通过谱分析探求线性波、非线性波、非规则波通过斜坡上潜堤内部组成能量的变化规律,分析相同的入射波情况下波浪倍频能量演变与堤顶水深大小的关系,得出堤顶水深越小主频能量衰减越大的规律。同时,比较研究线性波与非线性波作用下潜堤前后波能的变化,发现非线性波高倍频能量产生更加剧烈。

过渡段对连续弯道水流影响的数值模拟

通过分析不同长度的过渡段对连接连续弯曲河道后弯水流的影响,探讨航道整治工程设计中过渡段长度的确定依据。在模型试验资料验证的基础上,采用RNG k-ε湍流模型和VOF方法处理自由水面的水气两相流数学模型,对连续弯道水流进行模拟计算。对比不同过渡段长度条件下后弯水流特征的变化情况,发现增加过渡段长度可以减弱前弯对后弯水流的影响。当相对过渡段长度大于一定数值后,后弯的特征水流情况保持稳定,增加过渡段长度所引起的减弱前弯水流对后弯水流影响的效应基本丧失。以后弯水流条件趋于稳定为特征定义临界过渡段长度,可作为航道尺度设计中过渡段长度取值的计算基础。

水流对浮体作用的SPH方法模拟

水流与浮体相互作用时,运动情况十分复杂,目前很难准确有效地模拟。而SPH作为一种纯拉格朗日方法,无需构建网格,用核函数近似粒子进行离散,能较好地解决一些自由面大变形问题。文章利用SPH法对溃坝时引起的高速水流冲击浮体以及水体晃动时破损浮体的运动过程进行模拟。模拟结果表明,SPH法能有效地进行水流对浮体作用的研究。

扬压力作用下反拱水垫塘缝隙动水压力研究

以国内某高坝工程为参照,对水垫塘排水和底板锚固措施都失效后,底板缝隙动水压力随扬压力、底板缝宽以及不同止水破坏程度这3个关键因素的变化规律进行了理论分析和试验研究。研究表明,止水正常时,由于底板表面动水压力脉动、底板振动,使缝隙动水压力大于扬压力;止水破坏后在小扬压力范围内,缝隙动水压力增大,但增幅随扬压力增大而减小、也随底板缝宽增加、或止水破坏程度增加而减小;止水破坏后在大扬压力范围,缝隙动水压力减小,但减幅随扬压力增大而增大,也随底板缝宽增加、或止水破坏程度增加而减小。分析了水工规范中底板块安全系数的不妥之处,建议用缝隙动水压力代替扬压力准确计算底板块安全系数。工程中应尽可能做好排水措施,确保水垫塘排水设施正常运行。

四棱台透水框架水动力特性试验研究

基于鱼礁概念,提出一种新型四棱台透水框架结构,并开展系列水槽试验,利用剖面流速仪ADCP(acoustic doppler current profilers)测量四棱台透水框架防护区周围流场结构,分析架空率对透水框架周围水流结构的影响,研究四棱台透水框架对防护区周围的水动力特性影响。试验结果表明:四棱台透水框架防护后水流上下速度分布差异更为明显,框架层流速显著减小,且流速减小幅度随架空率的减小而增大;紊动强度分布出现拐点,拐点位置与架空率具有明显的相关性,紊动强度随架空率的减小而增大;防护区内部近底处存在紊动收敛区域,其紊动强度随架空率减小而减小。

低佛氏数水跃紊流数值模拟研究

【目的】研究低佛氏数(Fr1)水跃紊流的水力特性。【方法】采用VOF方法处理闸门上、下游表面,用二维RNG型k-ε紊流数学模型,对低佛氏数(Fr1=2.0～4.5)水跃紊流进行数值模拟,研究了不同低佛氏数水跃的跃后水深、水跃长度及流速分布,分析了水跃区及其下游明渠流区压强、紊动能、耗散率和水跃消能率的特性。【结果】淹没系数大于1.2时,水跃长度均大于其他经验公式计算的水跃长度,且水跃长度增幅随佛氏数的增加而增大。水跃区断面各点时均流速最大值沿程减小;跃后明渠流区,断面各点平均流速沿程无明显变化。水跃区主流与漩滚交界处附近,特别是泄水闸门附近的紊动能及耗散率均最大。随着佛氏数的增加,理论和实际消能率均增大,且理论消能率大于考虑了跃后紊动能的实际消能率。【结论】低水头水利枢纽泄洪功率较大,应充分考虑低佛氏数水跃实际消能率低的水力特性,设计合理的消能设施以解决其消能防冲问题。

基于分形理论的湘江流域洪水分期研究

洪水点据序列具有随机性、非线性、确定性和相似性,这些特性与分形理论研究的对象一致,因此可应用分形理论进行洪水分期的研究。以湘江流域为例,通过分析湘潭水文站洪水散点序列,计算容量维数,确定洪水分期数目,最终划定了湘江流域的洪水分期,并与传统洪水分期方法进行了比较。结果表明,用分形分析法得到的湘江汛期洪水分期和传统方法结果基本一致,但分形理论计算较为客观,说明分形理论在洪水分期中是可行的,值得深入探讨和应用。

基于支持向量机模型的湘江枯水预报研究

随着枯水期水资源短缺问题日益突出,人们对枯水径流的研究也越来越重视。运用支持向量机模型对湘江湘潭站年最小7 d平均流量进行预测。为了检测预报效果,将其预报结果与投影寻踪模型、人工神经网络模型的预报结果进行比较,表明支持向量机模型的误差合格率最高,预报精度也最高。

分布式水文模型中模块分解与组合的理论研究

本文以已有的分布式水文模型为基础,利用形式概念分析(Formal Concept Analysis,FCA)方法,识别模型中描述主要水文过程的基本方程,通过组合这些方程产生新概念,并形成概念格层次结构。采用Hasse图直观反映了新概念的层次结构,以此来指导设计者开发具有定制功能的模块化水文模型,本研究力图实现模块的即插即用功能。文中以分布式水文模型中的地表产流过程为案例,描述了关联规则挖掘的全过程及其优化组合,验证了该方法的可行性。

勾头长度对非淹没丁坝周围水流特性的影响

采用RNG k-ε紊流模型,数值模拟了丁坝周围水流的三维流动过程,分析不同长度勾头对丁坝周围水流结构和流速场的影响。计算结果表明,在勾头的影响下,勾头段出现横轴漩涡,远离坝头区域纵向流速减小,大流速向坝头集中,坝轴后方横流减弱,上下游最大水位差减小,影响效果随勾头长度的增加而增大。为深入探讨利用勾头改善丁坝周围通航水流条件奠定了基础。

T型防波堤水平板波浪冲击压强试验研究

通过规则波与T型防波堤相互作用的试验研究,揭示了T型防波堤底部所受冲击压强产生的原因。分析波浪冲击压强历时曲线、相对板宽对冲击压强沿水平板底部分布的影响,得到T型防波堤水平板冲击压强的特性以及2大影响因素:相对超高和波陡。应用因次分析的方法,推导出T型防波堤底板最大相对冲击压强计算的经验公式。结果表明,该公式计算结果与试验值吻合较好,有一定的适用性。

反拱水垫塘淹没冲击射流水力特性研究

【目的】系统研究高坝坝身泄洪水舌在空中的运动规律,以及下游反拱水垫塘流场内的流速分布、紊流结构及底板压强分布。【方法】以溪洛渡水电站工程为例,建立高拱坝及其下游水垫塘物理和数学模型,对工况1(坝身7表孔单独泄洪)和工况2(7表孔与8深孔联合泄洪)条件下反拱水垫塘内形成的淹没冲击射流的水力特性进行研究。【结果】工况1条件下,7表孔单独泄洪时的泄洪水舌不发生碰撞而分别交错射入水垫塘;工况2条件下,7表孔与8深孔联合泄洪时的泄洪水舌在空中发生碰撞后均匀落入水垫塘。2种工况下,反拱水垫塘内形成具有横向和纵向漩涡的淹没冲击射流为复杂的三维流动,塘内临底流速大小相当,最大时均临底流速约为24m/s;水垫塘底板压强在冲击区存在峰值区,且工况1较工况2小,沿纵向分别约为70和90m范围,但工况1最大底板时均压强较工况2大,分别为1 670和960kPa,前者约为后者的1.74倍。【结论】高坝坝身表孔、深孔联合泄洪较表孔单独泄洪具有更大的泄洪能力,在临底流速大小相当的情况下可明显降低底板压强,具有更好的安全性能。

连续两弯水流特性的数值模拟研究

连续两弯的过渡段及后弯水流特性明显受到前弯水流的影响.采用RNGκ-ε湍流模型和VOF方法处理自由水面的水、气两相流数学模型,对中心角为120°带过渡段的连续两弯水流进行计算,分析了连续两弯的断面环流和表面流态.分析结果表明,连续两弯的过渡段表面存在回流;回流与前弯剩余环流叠加,在后弯进口水面出现环流强度<0.14的特征区域;后弯的20°～40°断面为前、后弯环流叠加段,在40°断面前弯剩余环流已经消失.

强风化坝基渗水堵漏脉动灌浆技术

云南红河州八尺水库为绿春县新增水源工程,水资源十分宝贵,2015年开工建设,2017年面板堆石坝开始蓄水。随库水位上升坝基渗水量逐渐加大,先后2次空库后采用常规灌浆方式对坝基进行灌浆补强后,最大渗水量还有0.1 m^(3)/s,蓄水一直达不到正常水位,原因是坝基强风化地层破碎结构,采用常规灌浆工艺必然存在灌浆范围不可控、局部跑浆、均一性差、低压灌注不密实等问题,难以形成有效的防渗帷幕结构。通过系统研究分析地质条件、防渗结构及灌浆技术,采用“引孔自下而上小段脉动灌浆”工艺,以灌入量及抬动值控制灌浆压力,实施控制性灌浆,并根据施工过程钻孔、灌浆、渗漏量监控等动态信息,不断优化钻灌工程量。按照这一技术路线,先进行灌浆试验、再实施强化灌浆施工,对于没有腾空库容的水下20 m范围,布置少量斜孔灌浆,灌后所有检查孔渗透率控制在5 Lu以下,整体渗水量降低到约0.011 m^(3)/s(正常蓄水位),下降了90%。此技术对此类坝基防渗和堵漏均有良好的应用价值。