鄱阳湖水利枢纽航道通航水流条件及优化措施试验研究

针对鄱阳湖水利枢纽通航水流条件是否满足通航安全要求展开研究,建立鄱阳湖入江水道星子—湖山段物理模型,对鄱阳湖水利枢纽一期围堰阶段现状航道、二期围堰及运营期设计航道各典型工况下的通航水流条件进行试验研究。首先通过物理模型试验验证航道内是否产生不良流态;其次针对航道内出现的不良流态提出相应优化措施并进行方案比选;最后对优化后航道内通航水流条件进行试验验证以确保船舶安全通航。模型试验主要结论:二期围堰及运营期设计航道在大流量工况下存在上游口门区横向流速超标及下游锚地段生成大尺度回流等问题。通过实施调整上游隔流堤形式,航道右侧浅滩开挖,下游锚地段下移等措施后,设计航道各工况下水流条件均满足通航安全要求。

沙波与刚性非淹没植物复合床面推移质泥沙输移特性研究

鉴于复合床面条件下刚性非淹没植物改变推移质输沙特性的相关研究成果较少,为此采用水槽试验和理论分析方法,研究了平行排列的刚性非淹没植物对泥沙起动谢尔兹数和推移质输沙强度的影响。结果表明,平行排列的刚性非淹没植物使得泥沙起动谢尔兹数增大了97.2%,推移质输沙率降低了80%以上。通过理论分析提出了适用于刚性非淹没植物平行排列条件下恩格隆推移质输沙率公式,经验证该公式具有较高的精确度。

赣江尾闾河段近30年汛期水位变化

赣江尾闾河段汛期受上游来水与鄱阳湖顶托的双重影响,研究其汛期水位变化对河道防洪和航运有重要的指导意义。为此,根据赣江尾闾控制性水文站1990~2019年的实测水文资料,采用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt检验方法对赣江尾闾河段汛期(河洪及湖洪)特征水位的趋势性及突变性进行分析。结果表明,赣江尾闾河段河洪期和湖洪期特征水位均呈显著下降趋势,河洪期水位年际变化较为均匀,湖洪期水位年际变化呈现出波动状,两者的突变年份均为2002年左右。河洪期特征水位下降的主要原因是河床下切,其下切趋势于2013年后明显减缓,故河洪期水位在2016年之后趋于稳定。湖洪期特征水位主要受河床下切影响,下游水位变化也会产生一定的影响。

三维粒子示踪测速技术的开发及初步应用

开发的单颗粒三维运动轨迹测量系统的硬件由四部摄像机、一台PC机和内置的图像卡组成。软件系统包括4路图像实时同步采集、图像二值化和聚合程序,坐标校正和转换,以及各统计参数的计算公式。系统标定的空间误差小于0.3mm,速度误差约为1.0mm/s。开发的颗粒三维运动测量系统在测量颗粒运动更长的轨迹、实现较高的采样频率和保证每个摄像机的高分辨率、只进行一次标定而进行各种水力坡度的试验及实现极大样本的采集等方面都取得了明显的进展,为研究颗粒运动的基本规律提供了新的方法。试验可以得出颗粒三维运动的瞬时速度,初步试验得出颗粒的纵向平均速度遵循对数分布,颗粒速度小于相应水流的运动速度。

赣江东西河分流比影响因素研究

赣江在南昌河段首次分汊为东西两河,东西河分流比特性直接关系到下游河道的稳定和防洪安全.根据20世纪70年代以来多次实测的东西河分流比资料,东西河分流特性与流量、水位、两汊道过水条件、汊道比降等诸多因素密切相关.一般情况下,西河分流比随流量增大而减小,自2000年以来,相同流量下的西河分流比逐年增大.分流比与水位的相关关系表明:在相同水位条件下2,006―2008年的西河分流比较2003年普遍增大8%以上.2003年以来,西河口门入流条件和汊道内泄流能力均比东河明显改善和增强,导致了西河分流比迅速增大.

推移质颗粒3维运动紊动特性试验研究

采用3维粒子示踪测速技术,观测了10种不同示踪粒子的粒径、比重以及水力比降等水沙条件下推移质颗粒的3维运动,并对其紊动特性进行了统计分析。分别探讨了粒径、比重及水力比降对推移质颗粒紊动强度的影响,定性总结了3个方向上紊动特性的变化规律。实验结果表明,推移质颗粒的纵向紊动强度随粒径减小和水力比降的增大而加大,垂向和横向紊动强度在近壁区的变化规律与纵向相反,颗粒比重对紊动强度的影响不明显。

一种塑料模型沙运动特性试验

对一种复合塑料模型沙的水下休止角、群体沉速、起动流速等运动特性进行了试验研究:使模型沙在静水中自然落淤成丘,通过几何关系可得水下休止角;将沙样按粒径分组进行单颗粒沉速试验,统计平均后再按质量加权得到模型沙群体沉速;在玻璃水槽中对5种水深下的泥沙起动流速进行了测量及经验公式验证。试验结果表明:该模型沙水下休止角为28.4°,较传统塑料沙、水下休止角范围大,具有较好的水下成形特性;对于该模型沙,其单颗粒沉速用W.W.Rubey公式计算精度较高,但群体沉速用中值粒径进行经验计算则精度不够,合理的代表粒径有待进一步研究;起动流速比传统塑料沙大,这与水下休止角试验是相符的,通过调整沙莫夫系数K,沙莫夫公式可较好地表述个别起动和少量起动的情况,大量起动时则不够精确。

明渠紊流与床面形态相互作用研究进展

结合国内外最新研究动态,从明渠紊流与床面形态相互作用的研究方法、明渠紊流特点、紊流对沙波形态的影响、床面形态对紊流的反作用等方面对明渠紊流与床面形态相互作用进行了综述。当前明渠紊流特性、二维沙波床面水沙运动特性等方面的研究已经取得丰富成果,但尚不能很好地解释天然河流中的水沙输移机理;由于试验测量方法的限制,复杂床面条件下的水沙相互作用研究在相当长时间内没有取得突破性的成果,亟需探索和引入无干扰、高精度的三维瞬态全场测量技术;床面几何形态、沙波发展演变方面的研究相对成熟,但床面的稳定机理尚存在分歧,理论模型和数学模型均不够完善,尤其沙波内部渗流与明渠紊流综合作用下的床面稳定性和泥沙运动特性研究还比较少,是今后进一步探索的方向,其成果可为揭示三维沙波床面紊流与泥沙相互作用机理提供必要的前提。

推移质颗粒平均运动特性的试验研究

采用三维粒子示踪测速技术,通过分别变化示踪粒子的粒径、比重以及水力比降等条件,观测了10种不同水沙条件下推移质颗粒的三维运动,对推移质颗粒的平均运动规律进行了统计分析。研究结果表明,推移质颗粒的纵向速度既不是Einstein假定的11.6u*,也不是Bagnold假定的比清水流速小一个ω值。在分析坡降、粒径和比重对推移质平均纵向速度影响的基础上,根据Bagnold和Einstein两种表述方法以及实测资料分别得出推移质纵向平均速度的两个表达式。

沙纹床面形态与紊流特性的相关性研究

沙纹床面形态影响着水流阻力及河床的稳定性,是研究水沙运动规律的重要突破口。本文基于二维概化沙纹床面的水槽试验,利用声学多普勒流速仪(ADV)及染色液流态显示装置对沙纹床面近壁区的紊流特性和紊流结构进行测量,研究了沙纹床面形态与紊流特性的相关性。研究表明,沙纹形态与紊流特性密切相关,沙纹形态的尺度与紊流结构的尺度具有相似性。

水流强度对推移质三维运动规律的影响

利用粒子示踪技术对恒定均匀明渠流中的推移质颗粒运动进行了测量,采用了三种比重的试验沙,通过改变沙样粒径及水力比降,得到了10组不同水流强度下粒子的三维运动轨迹,计算了粒子三个方向上的速度分量并对大量颗粒的计算结果进行了统计分析。试验结果表明,推移质颗粒运动的平均纵向速度与颗粒雷诺数成幂函数关系,垂向和横向上则基本为随机运动,没有明显的平均运动趋势;颗粒纵向紊动强度及紊动能量均随Shields数增大而增强,由于比重及粒径尺寸的约束,颗粒纵向和垂向紊动强度在数值上大约为清水的一半。

跃移颗粒单步运动的统计规律

采用三维粒子示踪测速技术,通过分别变化示踪粒子的粒径、密度以及水力比降等条件,观测了6种不同水沙条件下推移质颗粒的单步运动,并对大量粒子的运动规律进行统计分析.观测结果表明,颗粒单步步长以及跳跃高度均随水流速度增大而增大,随颗粒粒径和密度增大而减小.统计规律表明,跃移颗粒单步步长的概率密度服从Γ分布,颗粒起跃段步长与总步长之比接近一个常数.

赣江南昌河段近20年河槽形态变化规律研究

2000年以来,大规模采砂引起了赣江南昌河段河槽形态的显著变化,给沿岸行洪安全及河势稳定等带来了一系列影响。利用2003年、2005年、2013年、2015年、2018年赣江南昌河段主支及南支的实测地形资料,采用河段平均的方法分析了2000年以来南昌河段河槽形态的变化过程及特点。根据人为采砂对该河段河槽形态的演化影响,将2003—2018年分为采砂期(2003—2013年)和整治期(2013—2018年)两个阶段。在采砂期,河道平面形态变化显著,沿程深泓摆动宽度较大;断面形态变化明显,断面水深和面积大幅增加,河道下切剧烈。在整治期,河道平面形态总体保持稳定,沿程深泓摆动宽度大幅减小;相应地河道断面形态变化幅度较采砂期也大幅减小,河槽水深、面积及河相系数在整治期的年均变量均小于采砂期。

赣江南昌河段水位降低现状及影响因素

采用资料分析以及数模验证的方法,从赣江南昌河段水位降低与上游来水来沙、下游鄱阳湖水位降低以及南昌河段河床下切三个方面,对赣江南昌河段水位下降的影响因素进行了分析。结果表明:河床下切是赣江南昌河段水位降低的一个主要影响因素,大规模人为采砂是南昌河段河床下切的主因;下游鄱阳湖水位的降落亦会导致赣江南昌河段的水位下降,降幅随鄱阳湖水位降低的幅度、距鄱阳湖的距离以及流量的不同而不同,并且在枯水时受局部高滩河床的影响尤其明显;水流自然冲刷对河床下切造成的影响仅占1. 0%~3. 5%,对赣江南昌河段水位下降的影响有限。

南水北调中线工程节制闸间距研究

节制闸间距的选取影响到工程投资的多少与能否安全运行的问题 .本文以南水北调中线工程初步设计参数为依据 ,从调度的灵活性 ,事故处理时间 ,闸门、渠道的安全超高、水头损失与最低流速及节制闸工程造价等 5个方面讨论了中线干渠节制闸间距长短的优缺点 .通过各种因素的综合分析 ,认为节制闸间距取2 0～ 3

VR-GIS技术在数字流域中的应用研究

虚拟现实地理信息系统(VR-GIS)是一门综合虚拟现实和地理信息系统特征的新型技术。以三峡坝区虚拟查询系统的开发为背景,探讨了虚拟现实与地理信息系统的集成融合方法,并就应用VR-GIS技术实现数字流域构建的几个关键环节进行了探索和论述。

鄱阳湖水位变化对赣江尾闾河段分流比影响研究

赣江尾闾河段为典型的多级分汊河道,其分流比受诸多因素的影响。通过定床敏感性试验,分别探讨了在不同外洲流量工况下,鄱阳湖西支入湖水位、中支入湖水位、南支入湖水位动态变化和鄱阳湖水位整体变化对赣江尾闾各分汊河道分流比的影响规律。试验结果表明:随着西支、中支和南支入湖水位变化,赣江尾闾各支流分流比呈现出较好的线性变化规律,随着外洲流量的增大,其分流比随入湖水位变化率均呈现出幂函数递减的变化趋势;变动支流的入湖水位时,该支流分流比变化率最大,影响最明显;鄱阳湖水位整体变化时,赣江尾闾各支流分流比不会受到明显影响;东、西河分流比更易受南支入湖水位变化的影响。

不同整治工程条件下赣江尾闾河网水流特性试验研究

赣江尾闾为冲积性多级分汊型河道,分为西河、东河。西河在裘家洲头,分西支和北支;东河在杨子洲头,分中支和南支。近年来人类各类活动使得赣江尾闾水文情势发生根本变化,对下游水资源利用、水生态环境等带来一系列影响。为了研究赣江尾闾综合整治工程对河段水流特性的影响,采用物理模型试验,重点分析了赣江尾闾河道在不同整治方案下的洪水位、分流比、流速分布等对河网河势的影响。试验结果表明:赣江尾闾北支控堵整治方案对各支沿程洪水位、分流比、流速分布影响较大;而南支疏浚、四支建闸的影响较小,南支疏浚后对工程河段内流速分布的影响主要在于主流线向左岸偏移,而对断面最大流速的影响较小。试验成果对优化整治工程方案具有重要参考作用。

基于RGB图像的泥沙颗粒粒径测试技术研究

针对泥沙颗粒8位灰度图像存在边缘模糊、对比度低等问题,采用RGB图像以提高泥沙颗粒图像的灰度等级和边缘灰度梯度。基于泥沙颗粒图像RGB分布特征,以直方图峰值灰度作为阈值进行图像分割,减小背景干扰;创建行搜索法,提取泥沙颗粒行中心点和行边界点;运用连通域对泥沙颗粒图像空心及局部缺失等现象进行判别填充,实现泥沙颗粒图像的精确提取。建立正方形等效法,其等效粒径为圆形等效粒径的槡π/2。应用表明,相对于8位灰度图像,RGB泥沙颗粒图像识别率更高,形态提取更完整,且正方形等效法测量结果与筛分法测量结果一致。

赣江入鄱阳湖尾闾东西河分流比变化规律分析

赣江尾闾在南昌段的裘家洲、扬子洲首次分为东、西河,其分流比变化特性直接影响到下游河道的稳定、防洪、航运、水生态水环境等方面的安全问题。影响分流比的因素众多,主要选取了过流条件和入湖水位两个因素,采用资料分析和模型试验的方法,分析了赣江东、西河分流比变化规律及其影响特征。对1998年以来裘家洲分流口东、西汊的断面演变状况进行了对比分析,结果表明:西汊在不同水位条件下的过水面积增大是西河分流比增大的主要因素;西河入湖水力比降降低幅度较东河要小,东河甚至出现了倒比降,这些均是影响分流比的重要因素。为此,进行了试验研究,试验结果表明:东河入湖水位对分流比的影响相较于西河而言更为显著,水位的变化幅度与分流比的变化呈线性相关关系,而且随着流量的减少,对分流比的影响更为敏感;西河分流比的变化与流量呈线性关系,东河分流比与流量则呈幂函数关系。