黄河下游灌区引黄涵闸引水能力变化原因分析

黄河下游引黄涵闸受河床下切、河势变化等因素共同影响,引水条件与设计情况相比发生了变化,造成部分河段涵闸引水困难,影响农业适时灌溉和生产。为给应对引黄涵闸引水能力下降问题提供参考,基于黄河下游2000—2016年引黄涵闸引水水位和河道断面实测数据,分析引黄涵闸引水水位变化、河槽冲刷、引黄渠道淤积变化等因素对引黄涵闸引水能力产生的影响。结果表明:1)2016年黄河来水300~900 m^(3)/s时,黄河下游引黄涵闸实际引水能力仅为设计引水能力的13.63%~39.43%,引黄涵闸引水能力明显下降;2)相较2000年,2016年的引黄涵闸设计值对应黄河流量的水位,高村以上河段下降了2.95~3.35 m,高村以下河段下降了1.55~2.95 m;3)从河段河床平均冲刷厚度看,花园口—夹河滩、夹河滩—高村、高村—孙口、孙口—艾山、艾山—泺口、泺口—利津河段的冲刷厚度分别为3.88、3.06、1.84、1.88、1.88、2.02 m,河槽连续冲刷导致同流量水位明显降低,严重影响河南和山东段引黄涵闸正常引水;4)涵闸前后引、输水渠道淤积会导致引黄涵闸引水能力降低。

引水渠道口泥沙淤积影响研究

引水渠道口泥沙淤积影响渠道输水效率。为了解决引水渠道口泥沙淤积问题,文章通过一维非恒定流水沙数学模型对引水渠道口泥沙淤积规律进行分析。结果表明:渠道进水口0.125~0.25km范围内泥沙淤积厚度最大,糙率系数、水沙强度及时间与渠道内泥沙淤积厚度成正相关关系。研究结果为引水渠道防沙工程提供参考。

粉煤灰和矿渣含量对河道疏浚淤泥固化特性影响研究

为了解决河道淤泥存积,防止污染环境,需将河道淤泥进行脱水固化。通过对比试验,研究粉煤灰和矿渣含量对河道疏浚淤泥固化特性的影响。结果表明,固化剂的加入改变了颗粒度级配,增加固化污泥颗粒的尺寸,提高了固化污泥的承载能力;对比各试验组的固化效果,确认采用6.5%的粉煤灰和1.8%的矿渣固化剂,对提高污泥的抗剪强度效果最优。研究结果可为河道治理提供参考。

簸箕李引黄灌区水沙分布特点及减淤措施分析

依据簸箕李引黄灌区1998—2020年水沙观测资料,根据调水引沙季节的变化、灌区水量的地域分布、灌区泥沙的地域分布等特点,对灌区水沙分布的季节性、区域性的规律进行分析;从渠道冲淤沿程变化、渠道床沙粒径的沿程变化,归纳总结了渠道冲淤变化特点;结合灌区的运行情况,深入研究灌区减淤技术,提出了总干渠及一、二干渠的衬砌及续建配套、东条渠比降合理调整的工程措施以及计划引水灌溉、节水减沙、科学调度水沙的非工程措施。本研究可为滨州市乃至鲁北平原引黄灌区减淤提供技术支撑。

二级分离排沙渠道排沙效果影响因素试验研究

泥沙淤积是输水渠道运行管理中遇到的重要工程问题。此次研究基于相关工程经验,设计了一种二级分离排沙渠道,并对其排沙效果的影响因素进行试验研究。根据试验成果,认为采用大流量和适当的悬板高度设计,可以进一步优化其排沙效果。

响水二线船闸上游引航道泥沙淤积及减淤措施试验研究

结合响水二线船闸上游引航道泥沙淤积物理模型试验,研究船闸上游引航道泥沙淤积规律及减少淤积的工程措施。研究表明:响水二线船闸建成后上游引航道淤积较严重,采取在口门设沉沙池可以优化泥沙淤积分布,延长疏浚周期。

簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响

为了探究簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响,建立了簸萁形进水流道的进水结构物理模型和水动力学模型,采用雷诺N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对进水收缩段5种不同底面倾角的流道水流流场进行数值模拟。结果表明,底面倾角对流道进水收缩段和喉部的流速分布影响较大,较大的底面倾角使进水收缩段的流线分布密集度和喉部流线弯曲度增大、流速升高,增大了流道水力损失,降低了流道出口断面流速分布的均匀度;较小的底面倾角使进水收缩段的流线分布平顺和喉部流线弯曲度变缓、流速降低,减小了流道水力损失,提高了流道出口断面的流速分布均匀度;进水收缩段底面倾角的大小对流道出口断面的水流速度加权平均角无明显影响;分析不同底面倾角的流道水力性能,在簸萁形进水流道的进水收缩段底面倾角≤3°时,进水流道的水流平顺,水力损失小,流道出口的水流流态满足水泵叶轮室进口的进水条件。

沉沙池中水流流态的数值模拟

沉沙池是一种重要的泥沙处理工程措施,其作用是沉降含沙水流中有害粒径的泥沙。本文应用FLUENT软件对沉沙池的水流流动进行数值模拟研究,给出了沉沙池内水流运动的控制方程,采用Fluent软件求解了k—ε双方程模型,并使用Simple算法对速度进行了解耦,并采用湍流模型对沉沙池内的水流流态进行了模拟。结果表明:池内整个流场存在两个水流"死水区",分别位于调流板进水口和出水溢流堰的下方,且都存在一个较大的回流区,水流缓慢;而沉淀区域的流态较稳定,有利于泥沙的沉降。

分布式水沙物理模型CASC2D-SED的应用研究

对基于栅格单元的分布式水沙物理模型在国内的应用进行研究。在介绍CASC2D-SED概念的基础上,研究其产流及产沙模块在国内半湿润地区以及产流模块在无资料地区径流模拟中的适用性。选取宁夏三关口流域以及好水川流域为典型研究流域,对三关口流域1983—1987年8场洪水进行了产流及产沙过程模拟,结果表明:模型的产流及产沙模块在三关口流域均取得良好的模拟效果,验证了模型的合理性及适用性。同时将三关口流域的参数移用于好水川流域,进行2010年及2011年4—9月的径流模拟,得到流域内15个计算点及流域出口处的日来水量,经验证,模型模拟结果可靠,可用于无资料地区的径流模拟。

明渠水沙条件对渗渠产水量影响分析

针对渗渠取水过程中明渠水沙条件对渗渠产水量的影响,结合模型试验,运用泥沙运动力学理论研究分析了同种来水量、不同水深条件下明渠水流泥沙运动变化,以及由此引起渗渠产水量变化的情况。试验结果表明:水流能保持一定的流速,满足明渠水流含沙颗粒推移运动并实现泥沙颗粒向下游输送的条件,就可以避免渗渠反滤层结构的改变以及渗透系数的减小,从根本上防止反滤层淤塞,避免反滤层翻修,实现渗渠工程的长期安全正常运行。

明渠挟沙水流的两相流模式

本文从两相流基本方程出发对明渠挟沙水流含沙量、流速垂线分布及近底层平均流动特性进行了理论研究，建立了一个新的泥沙扩散方程，并用大量资料进行了验证．结果表明：现有含沙量公式和流速垂线分布公式只是本文理论模式在低含沙量条件下的简化形式。当含沙量增加时，固相泥沙对流动结构的影响亦趋显著而不可忽略．精确模拟水沙流动，需要发展高级的两相湍流模式．

矩形明渠边界平均剪切应力变化规律研究

针对棱柱型矩形明渠的特点 ,在分析均匀流运动机理的基础上 ,认为水流可以分为河床作用部分和岸壁作用部分 ,各部分分别作均匀流运动。在分析水体能量消耗的物理模式的基础上 ,提出了面积分割的补充关系。对于河床和岸壁糙率相同的情况 ,利用静力平衡条件和水流连续方程 ,可推得水流槽底、岸壁剪应力的计算关系式。对关系式的讨论表明 ,公式结构合理 ,能反映明渠水流的特点。对已有水槽试验资料进行的分析表明本文提出的计算关系式较好地描述水流的实际情况 ,比已有的公式更简便可靠。

灌区高含沙输水渠道淤积成因分析

渠道淤积是影响灌区高含沙输水渠道正常运行的一个关键问题,以新疆巴音沟河安集海一库引水副渠的淤积计算为例,根据泥沙起动速度与水流速度,推移质输沙率与水流挟沙力等理论计算结果,从不同角度分析了灌区高含沙输水渠道的淤积成因。理论计算结果表明:为了防止高含沙输水渠道的淤积,在渠道设计中不能只考虑水流速度大于起动速度;对于底坡沿程分段变化的高含沙输水渠道,设计应按最小坡度渠段校核其输沙能力,以保证渠道全程不发生淤积。为验证上述理论计算的准确性,开展了原型观测试验,结果表明:理论计算结果和实测结果符合较好,渠道淤积理论计算过程是合理和可靠的,可以为工程设计和管理单位提供重要参考。

小浪底水库运用后黄河下游游荡性河段深泓演变趋势分析

本文借助地貌类比方法及时空复杂响应 ,采用深泓指数及河床起伏度 ,分析了三门峡水库运用后 (196 0～ 196 4年 )黄河下游游荡段的深泓演变情况。预测了小浪底水库修建后 ,清水下泄运用阶段时 ,下游游荡性河段将 :(1)沿程深泓基本保持居中偏右趋势 ,(2 )深泓位移具有时空复杂响应过程 ,(3)游荡程度降低 ,局部河段暂时向微弯发展。因此 ,必须采取“控导主溜 ,稳定险工” ,才能维护良性微弯河势 ,遏制回返向恶性游荡发展。

黄河下游引黄灌区风沙运动对环境的危害与防治

引黄必引沙,淤沉于黄河下游引黄灌区沉沙池、渠道等部位的大量泥沙造成的风沙运动使灌区周边生态环境持续恶化,对人民群众生产生活和社会经济的可持续发展构成极大威胁。本文依据风沙运动基本原理,深入分析了引黄灌区风沙的来源与分布、风沙颗粒组成特征,在此基础上,从风沙起动、风沙推移质运动、风沙悬移质运动三个方面对灌区风沙危害的方式与程度进行了科学的分析与评价,提出了灌区风沙危害的防治措施,试图为科学治理引黄灌区风沙危害提供技术支撑。

引黄灌区非均匀沙的输送机理研究

非均匀沙输送机理是实现灌区泥沙合理配置与利用的关键技术之一。采用山东簸箕李灌区近20年来的泥沙观测资料,分析悬移质在渠道中的运动、冲淤规律。由于不同粒径的泥沙在水流中运动方式和沉积特点不一样,将非均匀沙按粒径粗细分组,研究了不同粒径泥沙的起动与止动、沉降与悬浮的差异,统计分析了分组沙的输沙能力、沿程衰减规律和上限平衡含沙量。结果表明,粗颗粒泥沙对流量因素敏感,若要使更多的粗颗粒泥沙实现长距离输送,应提高水流流速;细沙对流量因素的敏感度较粗沙小,同时挟沙力随细颗粒含量的增加而明显提高。

泾惠渠灌区浑水泥沙输移特征

通过对泾惠渠灌区2013年夏秋灌期干支斗渠浑水资料的实时取样分析,探究渠灌区渠系挟沙水流含沙量及泥沙级配的时空变化规律,量化描述不同粒径悬移质泥沙颗粒的输移特征,旨在获得灌渠渠系内挟沙水流历经冲淤过程不同粒径悬沙沿程的垂向分布与输移规律,为渠灌区的运行及泥沙问题的处理提供理论基础。灌区内进行的原型取样测流工作在选定的具有代表性的干-支-斗渠线路上进行,观测分析了灌区渠系含沙量及不同粒径泥沙颗粒沿垂线分布的特征,验证分析了挟沙水流历经淤积过程含沙量分布的变化规律。通过对典型渠系线路不同粒径悬移质泥沙的沿程调整计算分析,表明不同粒径泥沙沿程的输移特征不同,各分组沙的冲淤特征并不都和全沙平均计算结果一致,其中级配曲线左端一定粒径范围(约>0.015 mm)的粗沙与全沙具有同冲同淤的规律。该研究可为泾惠渠灌区泥沙处理利用以及渠灌区浑水调控理论与技术的进一步研究提供依据。

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明:在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。

涡管螺旋流排沙的研究与实践

涡管螺旋流排沙是解决渠系推移质问题的有效措施,在我国西北、西南从山溪性河流引水渠系上应用很有发展前途。本文首先从理论上阐明涡管排沙的机理、并从能量角度上解释螺旋流具有强大的输沙能力的原因,室内涡管排沙试验主要确定三个重要参数:(1)涡管的分流比,即涡管流量与渠道来水流量之比;(2)涡管的截沙率,影响截沙率的主要因素为泥沙粒径、水流的佛汝德数、涡管开口宽度;(3)涡管的排沙能力,即涡管单位水体所能挟带泥沙的重量,主要影响因素为佛汝德数及涡管与水流方向的夹角。文中还介绍了新疆塔西河红沙湾涡管螺旋流排沙工程实例。

层次分析法的改进及其在引黄灌区水沙配置中的应用

采用层次分析法、改进层次分析法和改进权重确定方案的层次分析法等三种方法构造水沙资源综合目标函数。通过构造的综合函数,确定权重系数,对各配置方式变量进行重要性排序。通过分析比较上述方法的优缺点,确定合理的方法,为水沙资源的优化配置提供了技术手段。