常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。

常曲率U型弯道水流结构与泥沙冲淤试验研究

通过在常曲率U型弯道水槽试验中采集的流速和水深过程数据,研究了弯道内水流结构及泥沙冲淤形态,分析了水流与床面之间的相互影响。试验发现:(1)弯道水流结构水面线发生扭曲,水流动力轴线及三个方向的垂线平均流速随流程和横向分布均有变化;(2)由于弯道特有的几何特征,使弯道中水流产生特有的弯道环流运动,弯道环流运动引起弯道泥沙的横向输移,形成弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的冲淤特性,反之,床面形态的变化也使水流结构发生改变。研究所得结果可为河流泥沙研究提供参考。

近临界弯曲比率水槽水流与近床剪应力特性

床面剪应力诱发了水流垂向上流速分布不稳定性,压力和向心力不均则促使水流形成了弯道二次流.通过试验,研究了近临界弯曲比率(R/B=3)条件下,小宽深比(B/H=2)水槽中水流变化及泥沙输移特性.研究结果表明:二次流强度最大值出现在弯顶区域,床面剪应力最大值出现在弯顶偏凸岸一侧.弯道床面附近,不同层面上的剪应力最大值,从上游到下游先增大后减小;不同平面动力轴线随层面的高度增加而向凹岸偏离.二次流在不同断面形成不同的涡核,在弯道入口附近产生分离而在弯道下游逐步发展,涡核合并,二次流强度在弯顶区达到最大值.最后对二次流和床面剪应力作用下的床面形态结果进行分析.

光电式含沙量测量仪器的校准方法及结果评定

为了维护航道港池泊位水深,每年需要投入大量的经费用于航道疏浚,准确测量水体中含沙量量值,可为港口及航道区域泥沙淤积量的计算、预报和后报提供准确的含沙量测量数据,这对于港口航道维护运营具有重要意义。为了解决水体中含沙量测量的准确性问题,研究了0.1~30 kg/m^(3)范围的含沙量标准场的配制及测试技术,采用烘干称重的方法对该含沙量标准场进行含沙量标准值测试,测试结果显示含沙量标准场均匀度均小于2.88%。提出含沙量测量仪器的校准方法,得到含沙量测量仪器的测量结果相对误差均小于7%。以实例分析了该校准测量结果的不确定度评定方法,实现对含沙量测量仪器的校准能力。

常曲率大深宽比河湾拟序扰动结构与床面响应关系探讨

蜿蜒河流床面形态既是其复杂动力结构响应的结果,同时也是决定河流进一步演化方向的重要因素.以蜿蜒河流中一种典型的大深宽比河湾为背景,探索其动力结构与床面响应的关系,将黏性不可压缩流体方程、泥沙输移方程和床面变形方程耦合,通过摄动方法求解床面响应,分析床面形态变化特性.研究成果显示在水流二维扰动作用下,河道中浅滩深槽呈现规则响应.当弯曲度等于0时,床面响应形态围绕河道中轴线基本呈反对称分布;当弯曲度不等于0时,床面响应形态呈不对称分布,中轴线向凹岸偏移.该文给出了由Reynolds(雷诺)数、扰动波数、床面形态增减率等构成的床面响应发展趋势稳定关系的判别方法.

连续弯道水槽水流结构与床面形态试验研究

连续曲率弯曲河道是河流的常态,而河道弯曲引起的二次流是河床地形和河岸变动的主要动力.采用三维多普勒高级点式流速仪和Trimble TX8三维扫描仪,分别对模型40个断面和床面形态进行三维流速数据和床面形态数据采集.通过水流和床面试验,研究了连续曲率弯道水槽水流结构变化与床面形态短期演变特性.研究结果表明:模型弯道处水面发生扭曲,最大横比降位于各弯段弯顶下游.纵向流速在垂向上呈先增大后减小的趋势,这体现了明渠水流最大流速发生在自由水面以下.各断面存在一个主环流和一个反向小环流,部分断面出现3个或更多环流结构,且环流出现的位置横向流速在垂向上改变方向.环流强度最小值位于各弯段弯顶附近.在各弯段凹岸附近,纵向流速存在小流速区,床面形态均存在与小流速区相对应的床面平整区.活体柔性植被均匀种植的工况Run-4最大淤积和冲刷深度均小于无植被种植的工况Run-3,这说明弯曲边界引发的二次环流是河床地形的主要动力.活体柔性植被根系和植株对床沙和水流均产生影响,起到了增大河床阻力的作用.

潮州港金狮湾港区潮流及悬沙特征分析

南澳岛北部海域实测海流和悬沙资料稀少。为科学客观地认识潮州港金狮湾港区水沙动力特征,基于短期资料的潮流准调和分析等方法,对水深为5.4~14.0 m的粤东南澳岛北部海域潮州港金狮湾港区7个测站大潮和小潮期间观测获得的实测海流和悬沙资料进行综合分析。分析计算结果表明:金狮湾港区潮流类型主要为规则半日潮流,以半日分潮M_(2)和S_(2)为主,浅水分潮流亦显著,C1站~C5站以往复流为主,C6站和C7站以逆时针旋转流为主。最高含沙量位于大潮期C4站底层,最低含沙量位于小潮期C6站表层。含沙量呈西高东低的特点,分析得到本海区悬沙主要来源为港区西侧至海山岛与南澳岛之间峡口区。

水下美键探测装备计量溯源方法及标准装置研究与应用

水下探测设备行之有效的计量溯源方法、标准规范和检定装置是保障海上应急搜救、智能安全航运、海洋调查、水文监测等工程质量与安全的必要先决条件,是我国开展海洋科学研究和海洋资源开发的战略需求。然而,水下计量校准影响因素众多、环境复杂、标准建设成本与难度高,成为制约涉水计量发展的主要瓶颈。国内外虽然对水下探测装备的计量校准已开展了部分研究。

正弦派生曲线弯道水流结构特征实验研究

探究窄深型弯曲河段三维水流结构,使用声学多普勒流速仪(ADV)对正弦派生弯道水槽中40个断面12160个测点三维水流数据进行加密测量研究,研究结果表明:弯曲岸壁形态改变了水流结构特征,曲率为0断面附近区域为水流动力轴线在左右两岸摆动的过渡区;在左右两岸侧,纵向流速沿程波动分布,波动周期相同相位相差180°,且在凹岸处存在小流速区;各断面存在中心区近底主环流和近岸近水面反向小环流,部分断面近岸近底还出现与中心环流同向的小环流,环流强度最小值出现在各弯段弯顶附近。实验数据可为连续多个弯道数值模拟提供数据验证参考。

水运工程关键计量标准及溯源技术研究

长期以来,水运工程领域一直存在泥沙淤积测量不准确和计量标准缺失的问题,对我国的港口建设、航道维护和通航安全造成重要影响。国家重点研发计划“水运工程关键计量标准及溯源技术研究”项目(项目编号:2018YFF0212200)围绕泥沙淤积计量检测存在的泥沙淤积测量不准确问题,开展上层水体含沙量、泥沙淤积厚度和底物目标分辨等计量标准研究,攻克基于水沙两相流理论与数值模拟的稳定悬沙浓度场构建、近底淤积界面分层及多类型时变淤积场构建、水下声呐探测几何参数计量测试平台构建及量传溯源等关键技术,形成计量检测方法并建立相应的计量标准装置,提升我国水运工程计量技术水平。