冰盖下组合桥墩的局部冲刷特性及水力特性

为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。

冰盖下桥墩局部冲刷新型防冲组合结构试验研究

河流冰盖的形成改变了桥墩周围的水力特性,导致桥墩局部冲刷加剧。基于动床冲刷,在冰盖及明流条件下进行了螺纹式减冲索与钩环式护圈组合的新型防冲结构室内模型试验,探究其对桥墩局部冲刷的防冲效果。试验结果表明:新型防冲组合结构改变了桥墩的局部冲刷模式,延缓了冲刷过程;通过极差分析与方差分析可知,螺纹直径为6.0 mm、螺纹角为15°、螺纹排数为3的新型防冲组合结构的防护效果最优;与无防护工况相比,在粗糙冰盖条件下新型防冲组合结构桥墩最大冲刷深度减小了59.03%;螺纹式减冲索增大了桥墩表面的粗糙度,可以更好地削弱下潜流和分离墩前迎面水流,从而达到有效防冲的目的。

不同冰盖条件下导流体对桥墩局部冲刷防护作用研究

基于桥墩基础的减冲防护原理,设计了一种稳定性高的防冲装置—导流体。为探究导流体对桥墩局部冲刷的防冲效果,在不同流速及覆盖条件下,采用不同形状的导流体进行模型试验。通过分析冲刷特性、最大冲坑深度、下潜流水力特性、冲坑体积和冲坑面积,选出最优形状和最佳安装位置。试验结果表明:当导流体底边高8 cm、安装位置在墩前2d时,防冲效果最好;当流速为0.32 m/s时,安装导流体可使桥墩最大冲深减小59.3%,冲坑体积减小76.1%,冲坑面积减小79.0%,下潜流流速及紊动强度明显减小。通过敏感性分析得出安装距离是影响导流体防冲效果的主要影响因素。

钩环式护圈对冰盖下桥墩局部冲刷影响的试验研究

基于桥墩局部冲刷原理,在水平护圈防冲措施的基础上,设计了一种能改变桥墩周围水流流态的新型防冲设施—钩环式护圈。为探究钩环式护圈对圆柱形桥墩局部冲刷的防护效果,采用不同形状的钩环式护圈进行室内物理模型试验,分析了桥墩周围的冲刷特征和水力特性。试验结果表明:当钩环式护圈的高度为1 cm、角度为135°且安装在床面时,防护效果最好;与光墩相比,桥墩安装钩环式护圈后,最大冲刷深度最多可减小62.2%,桥墩底部垂向流速、垂向紊动强度均明显减小。通过多元回归分析建立了计算桥墩周围无量纲最大冲刷深度的经验方程,该方程对明流和冰盖条件下水流均适用。

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明:随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%~60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。

环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷试验及水力特性

由于传统桥墩冲刷防护措施的局限性,引入新型防冲装置-环翼式防冲板,对圆端形桥墩冲刷进行防护,通过减小下降水流改变桥墩周围水流结构,主动降低了下降水流对桥墩的冲刷。为探究环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷的防护作用,采用3种比例圆端形桥墩、3种环翼式防冲板安装位置进行物理模型试验,对圆端形桥墩周围的冲坑特征、垂向流速、垂向紊动强度、紊动切应力等水力要素进行研究。结果表明:安装环翼式防冲板后,3种圆端形桥墩冲刷程度均减小,中圆端形桥墩冲刷减小幅度最大,冲坑体积减小率为30.0%;中圆端形桥墩安装环翼式防冲板后,墩前垂向流速减小为0.039m/s、垂向紊动强度减小为0.025m/s;防冲板上垂面紊动切应力增大,板下垂面紊动切应力减小。试验结果表明环翼式防冲板能够减小桥墩的局部冲刷,具有很高的实用价值。

国内风积沙工程特性研究综述

针对目前对风积沙路用特性研究成果较多,而对水利工程应用特性研究不足的情况,从风积沙的物理化学特性、力学特性、击实特性、振动压实特性等方面,阐述了国内风积沙工程特性研究进展及取得的成果,提出了风积沙研究中存在的问题及未来的研究方向。

废旧轮胎在闸下消能防冲中的应用

为实现增加糙率降低近底流速的目的,用废旧轮胎制作海漫表面的加糙体。通过室内水工模型试验,对加糙轮胎的数量、布置形式、相对糙度等影响因素进行比较研究,得到利用废旧轮胎进行海漫加糙的最佳方案。试验结果表明,用废旧轮胎加糙可使近底流速降低50%。经现场原型试验,利用废旧轮胎加糙,闸下冲坑深度平均减少75.7%,冲坑面积减少19.3%,减冲效果明显。应用表明,利用废旧轮胎加糙减冲是切实可行的。

基于遥感影像分析1989—2019年黄河内蒙古段河冰时空变化

获取河冰时空分布信息对黄河流域防凌减灾工作及沿岸地区可持续发展具有重要意义。收集黄河内蒙古段1989—2019年冬季河冰遥感影像数据;提出了归一化未封冻水体指数(NDUWI)用以剥离被归一化雪指数(NDSI)误分为河冰的水体像元,确定了该指数划分河冰、水体像元的阈值,并利用NDUWI结合NDSI的方法提取河冰信息进而分析河冰时空分布及变化特征,探讨了海勃湾水库调度及河床演变对河冰分布的影响。结果表明:黄河内蒙古段河冰主要分布在研究区中游(巴彦高勒—三湖河口)。1989年以来,研究区内河冰经历“平稳期”(1989—1997年)、“扩张期”(1998—2000年)、“萎缩期”(2001—2019年)3个阶段,其中2000年出现河冰面积峰值,并于2019年减小至最小。各子段中,海勃湾至巴彦高勒(R1段)2015年前河冰分布稳定,2015年起受海勃湾水库建成影响,河冰面积大幅萎缩;巴彦高勒至头道拐(R2~R4段)河冰面积变化特征大体与全段变化相同。空间上,2015年后R1段以纵向萎缩为主,巴彦高勒至三湖河口(R2段)左岸河冰萎缩,右岸河冰堆积仍有偎堤风险;三湖河口至包头(R3)段全段河冰漫滩现象严重,2016年起得以缓解;包头至头道拐(R4)段以局部漫滩为主,2016年开始以主槽封冻为主。上游海勃湾水库建成后的常规运用可有效减小下游黄河内蒙古段的河冰漫滩现象。研究成果可为黄河内蒙古段水库防凌调度及堤防安全隐患排查提供参考。

闸门开启过程中非恒定流与闸下消能防冲的研究(2)——灌区水闸启门过程中非恒定流数值模拟

利用物理模型对闸门开启过程中水流进行研究，证明了闸门开启过程中和全开之后一段时间内非恒定流的存在。以圣维南方程为基础建立数学模型，利用物理模型实验数据验证，并分析了主要影响因素。从而得到适用于模拟闸门开启过程中渐变非恒定流的数学模型，为寻找水闸消能防冲设计参数提供依据。该模型经过辽阳灯塔灌区实测数据的验证，是正确合理的。

U形渠道直壁式量水槽水力特性数值模拟

为了优化U形渠道直型式量水槽水力计算,由U形渠道直壁式量水槽模型试验得出的水力特性基础上,对量水槽的部分工况进行数值模拟,得出了水位与流量的关线曲线.试验结果表明,自由水面线的计算与实测值符合较好,流速分布规律揭示的水流特性与实际状况相符,所选模型能够准确模拟量水槽的三维水流特性,该数值模拟方法可靠,为量水槽的优化设计提供了思路.

农业水量管理中土壤含水量的监测技术

中国的人均可利用淡水资源居于世界后列。由于工业用水、城市用水迅速增加,原来的用水大户-农业面临的缺水问题日益严重。要想养活2030年的16亿人口,并且保持良好的生态系统和生存环境,中国政府迫切需要发展高效灌溉农业。高效灌溉取决于完善的水量管理计划,水量管理取决于土壤水含量的监测技术及仪器。本文系统介绍了8种国内外土壤水分监测常用仪器的工作原理、工作程序、维护保养等一系列相关内容,并且列表进行定性分析比较,为实践工作提供指导。

基于强度折减法的某蓄水池边坡稳定性分析

基于有限元强度折减理论,借助软件ANSYS,对内蒙古中西部某大型蓄水池的土质边坡进行了稳定性分析,得到边坡安全系数及边坡圆弧滑裂面。结果表明:应用有限元强度折减法对蓄水池复合土层边坡的稳定性分析十分必要。

内蒙古达拉特旗十大孔兑综合治理方案研究

黄河一级支流内蒙古达拉特旗十大孔兑发源于鄂尔多斯台地,上游为黄土丘陵沟壑区,中游为库布齐沙漠,下游为冲积平原。由于流域内降雨集中且多以暴雨形式出现,导致洪水峰高量大,陡涨陡落,最大含沙量1550kg/m3,每年平均输入黄河的泥沙达2711万t。根据上、中、下游不同的立地条件,对丘陵区、风沙区、平原区的综合治理方案进行了探讨。

环翼式桥墩局部冲刷防护试验

基于桥墩局部冲刷原理,在传统防冲刷保护措施的基础上设计了一种能改变桥墩迎水面流态的新型环翼式桥墩,在不同流速、有无环翼式挡板以及不同的挡板位置下,试验研究了环翼式桥墩的局部防冲刷效果。研究结果表明,环翼式挡板可有效减小桥墩的局部冲刷,当桥墩上的挡板与河床的距离约为水深的1/3时,与无挡板的桥墩相比近底垂向流速最大可减小96%,最大冲坑深度可减小57.6%,环翼式桥墩防冲刷效果明显。

环翼式桥墩环翼式挡板最佳延伸长度试验

为研究环翼式桥墩环翼式挡板的最佳延伸长度,进行了不同流速和不同环翼式挡板延伸长度下环翼式桥墩的局部防冲刷试验。试验结果表明:环翼式挡板的延伸长度不同,桥墩的冲刷效果有较大的差别,当环翼式挡板的延伸长度与桥墩的半径相同时,与无挡板的桥墩相比最大冲坑深度可减小57.6%,近底垂向流速最大可减小70.4%,近底紊动强度也明显减小,防冲刷效果显著。

基于多波段遥感数据的库区水深反演研究

遥感反演是一种水深量测新方法,应用在库区水深量测对水库运行调度、库区淤积研究等均有着积极的作用。针对统计相关分析法中单点量测水深值代表遥感像元对应水深值这一缺陷,本文提出使用同像元多测点数据表征像元对应水深值的方法。以内蒙古海勃湾水库为研究区域,通过表征水深值与各波段组合的相关性选取水深反演因子,建立线性、二次、指数3种形式15组双波段模型与5组不同个数反演因子的多波段模型,从中遴选出较优的5个反演模型,使用未参与建模的检查点样本进行模型精度检验,通过检验结果进行模型比对。结果表明:海勃湾水库水深反演最优反演模型是由12个反演因子建立的多波段反演模型,其平均绝对误差为0.68 m,占平均水深的13.59%。结合遥感周期短、成本低的特点,该方法在一定程度上可以应用于实际,但泥沙含量大与靠近陆地的水域水深反演效果较差。

水闸消能防冲设计条件的确定

闸下冲刷破坏较普遍,消能防冲设计条件选择不当是原因之一.水闸消能防冲设计条件一般选用最大单宽能量E=ρgΔHq作为控制条件.由于水闸的上下游水位及泄量是随闸门开度的大小和下游河道充水时间的长短而变化的,为确定符合单宽能量最大这一点的工况,只能通过将闸门分级开启的方法,用恒定流的公式逐级试算寻求.通过水工模型试验,并经原型观测资料验证,证明闸门开启过程中的水流是符合圣维南方程的非恒定流,并找到确定满足单宽能量E=ρgΔHq最大时的下游水深ht的途径.

环翼式桥墩挡板形状对垂向水力特性的影响

根据桥墩局部冲刷机理,通过桥墩加装环翼式挡板减小局部冲刷的试验研究,分析了加装环翼式挡板后,水流在桥墩四周的垂向水力特性。试验结果表明:桥墩迎流面中心线的垂向速度在安放挡板位置处有拐点。3种形状的挡板中,形状为A1的挡板的近底垂向流速减小幅度最大,影响水流紊动宽度也最大,同时表层垂向紊动强度、近底垂向紊动强度减小幅度也最大。利用CFD软件进行数值模拟分析发现,与物理模型所得结果相吻合。

U形渠道直壁式量水槽水力特性的研究

灌区的水费改革有利于我国节水制度的加强,这就需要推广一种切实、有效的量水设施,而U形渠道直壁式量水槽由于具有与U形渠道自然衔接,不抬高底坎,过沙能力较强,工程量较小,量水精度较高的优点,是U形渠道理想的优化选择。对U形渠道直壁式量水槽进行试验,并对实验数据进行分析,得出U形渠道直壁式量水槽的基本水力特性。