絮凝-真空抽滤-土工管袋联合处理泥浆脱水模型试验

近年来,土工管袋因其良好的排水反滤性能广泛应用于河湖清淤泥浆的脱水处理中,但在脱水后期存在脱水速率缓慢的问题。为此,开展物理模型试验验证在添加絮凝剂的条件下,采用增压式抽真空来增加土工管袋内泥浆后期脱水固结速率的可行性,同时还比较了“空气动力振荡法”与“管袋顶部加荷法”2种方法的抽滤脱水效率。试验结果及分析表明:“空气动力振荡法”会使土工管袋内的原本相对密实泥浆出现裂隙,使得土工管袋内泥浆的气密性被破坏;“管袋顶部加荷法”增加了管袋内泥浆压力,提高了反滤层两侧的压力梯度,使得清淤泥浆的抽滤速度提高;真空抽滤可以显著降低土工管袋内部、抽滤管道周围的泥浆含水率,且抽滤管道越靠近土工管袋中心,抽滤效率越高,泥浆含水率也越低。

引水式水电站进水口水沙运动特性试验研究

为探究引水式水电站进水口的水沙运动特性,以某大型引水式水电站为例开展模型试验研究,分析了纵断面流速分布和河床泥沙冲淤分布,重点对比了不同工况下口门断面的流速分布情况。结果表明,来流量较小时,河道内横向流速分布较均匀,距离进水口越远的纵断面纵向流速下降速度越快,来流量较大时则相反;来流量越小,口门断面水流流速分布越均匀相似;水位越低,口门断面流速峰值位置越靠近下游;拦沙坎前泥沙淤积位置与口门断面流速峰值位置一致,越过拦沙坎的泥沙会被水流挟带至进水口上游侧平台前;在实际工程中,河道地形会对进水口区域水沙运动过程产生较大的影响。本研究成果可为类似工程规划设计提供参考。

床沙级配调整对黄河下游洪水演进的影响

小浪底水库运行以来,进入黄河下游的水沙条件出现了较大变化,受水库清水下泄影响,黄河下游床沙粒径出现了明显的粗化。为了探讨床沙级配粗化对黄河下游洪水演进的影响,本文首先建立了适用于黄河下游的一维水沙耦合数学模型,然后采用花园口至孙口河段2020年4—10月的实测洪水过程对模型进行了验证;其次根据河段床沙粗化特点,并以花园口床沙粗化过程为代表,设计了4组床沙级配作为模拟计算的初始床沙条件;最后采用验证后的模型进行了模拟计算,分析了床沙级配调整对洪水演进的影响。结果表明:床沙级配调整对黄河下游的流量、水位、含沙量、洪水演进时间以及河段冲淤量均有影响,但是对流量影响较小,而水位、含沙量、洪水演进时间与河段冲淤量对床沙级配的改变响应较为敏感。床沙中值粒径d_(50)由0.076 mm(级配1)增至0.242mm(级配4)时,夹河滩断面水位增高0.89 m,花园口至孙口河段冲淤量由冲刷0.679亿m^(3)转变为淤积0.059亿m^(3),冲刷量减幅为109%。研究结果可为新水沙情势下黄河下游河道治理提供借鉴与参考。

量子点光谱测沙技术在深圳河水文测验应用浅析

传统悬移质含沙量测验存在时效性差、效率低、劳动强度较大等问题,限制了泥沙资料收集的现代化发展。根据实测资料分析验证量子点光谱测沙技术在深圳河段的适用性和精度,通过试验结果可以看出,量子点光谱仪测验悬移质泥沙浓度是可行的,且具有较高的精度。

塔里木河植被根系对河岸冲刷特性影响的现场试验

为研究现场条件下植被根系对河岸冲刷特性的定量影响,设计制作了冲刷试验装置,在塔里木河干流上游选取了4个典型位置,开展了胡杨、芦苇、红柳和骆驼刺4种典型根系的18组土体起动切应力和冲刷系数现场试验。试验结果表明:①起动切应力随根系含量增大基本呈幂函数关系增大,且相同根系含量对应起动切应力红柳最大,胡杨和骆驼刺次之,芦苇最小;分析了单位根系含量变化对起动切应力的影响效果,其顺序为骆驼刺>胡杨>红柳>芦苇。②建立了起动切应力与根系体积密度的定量关系式;根系的存在可以减小土体冲刷系数,其值随根系含量增大基本呈幂函数关系减小,且单位根系含量增加对冲刷系数的减小效果次序为骆驼刺>胡杨>红柳>芦苇。③建立了有、无根系影响的冲刷系数与起动切应力幂函数关系式,并与已有试验结果进行了对比分析;本文试验结果与现有研究结果规律一致,但对应的系数和指数均有所差异。研究成果能为塔里木河植被护坡和河岸冲刷过程计算提供参考依据。

穿河输流管道自埋特性试验研究

针对穿河输流管道易受水流冲刷破坏,导致输运介质泄露的问题,通过试验研究穿河输流管道自埋特性,观测了管道自埋过程和地形剖面特征,分析了管道自埋程度的影响因素。结果表明,在一定水力条件下,当穿河管道具有一定的初始嵌入度时,管道底部河床泥沙不会冲穿,管道反被泥沙掩埋,具有明显的自埋特性,穿河输流管道前后掩埋斜坡坡度均趋于稳定值;管后相对掩埋距离L/D随弗劳德数Fr增大而增大,随初始嵌入度e/D增大而减小。

阿勒泰地区泥沙间测对比分析

为提高阿勒泰地区泥沙测验的时效性,对阿勒泰地区水文站泥沙间测方案进行探讨。分析表明:对于阿勒泰地区河流而言,当测验断面含沙量及水位变幅在70%~80%之间时,可对断面泥沙测验采用间测方案。研究成果对于新疆地区泥沙测验方式的改进具有参考价值。

岸边取水口导沙坎防沙效果数值模拟研究

为解决岸边取水口前泥沙淤积问题,探究不同导沙坎防沙效果。基于RNG k-ε湍流模型和质量粒子模型,建立了雅砻江锦屏二级水电站取水口区域的水流和泥沙运动三维数学模型,模拟结果与现场实测结果吻合较好。进一步模拟了设置单一导沙坎和组合式导沙坎后取水口区域的水流和泥沙运动过程,结果表明:在取水口前加设单一导沙坎能够改变底层水流流向,但防沙效果有限;加设组合式导沙坎后,河流底部大部分水流流向下游,中层和表层水流竖轴回流消失,进入取水口的水流宽度显著增加。组合式导沙坎能够生成连续较强的螺旋流,可以有效防止河床泥沙颗粒向取水口运动,同时将上层清水引入取水口,达到较为理想的引清、防沙效果。本研究可为岸边取水工程的设计提供参考。

消力坎对跌坎消力池坎控水跃影响的试验研究

跌坎消力池的设计一直是水利工程领域的热点问题,设计合理的消力池可以保证在短距离内有相当大的消能。笔者通过模型试验研究了跌坎消力池中不同高度和不同位置的消力坎对坎控水跃的影响,并与不加消力坎时消力池内相同水跃流态进行对比。结果表明:增设消力坎可有效缩短越长,减小共轭水深比,增大水跃消能率。随着消力坎距跃首距离的减小或者消力坎高度的增加,消力坎在减小水跃长、共轭水深比,增大消能率方面的作用越来越大。同时经过无量纲分析得出了消力坎设置在不同位置和高度条件下,相对水跃长度、共轭水深比和消能率的经验公式。该研究结果可为类似水工建筑物的设计提供参考。

节点计数法的表层床沙级配分析方法实验研究

提出了一种基于节点计数法的表层床沙级配分析方法,通过在床沙表面布设网格,统计分析不同粒径所占网格结点比例,从而输出床沙表面级配分布数据。此方法可以避免传统方法必须在河床取样的劣势,能够在不中断实验过程的条件下,研究监测区间的非均匀河床表层床沙级配随时间的变化过程,实现表层床沙级配的实时观测与分析。此方法可以推广至水力学及河流动力学专业各类水沙模型实验当中,大大提高了实验过程中床沙级配观测的便利性和实效性。

基于SINMAP模型的泥石流沟谷稳定性分析

为探究碳窑凹子泥石流沟不同降雨工况下的地表稳定性,基于GIS技术,并结合地质资料确定力学参数,采用SINMAP定量评估模型,分别对97、138.3、163.4、181.6mm/d的降雨工况进行分析。结果表明:降雨工况从97mm/d到181.6mm/d,不稳定区域面积占比从3.42%增至4.90%,潜在不稳定区域面积占比从58.44%增加至60.88%,基本稳定区域面积占比从17.12%降至13.69%,稳定区域面积从8.31%降至7.82%,极稳定区域面积保持在12.71%。研究结果可为碳窑凹子泥石流沟的稳定性分析提供科学方法,也可为类似区域的稳定性评估提供借鉴。

水库冲淤三维数值模拟获得长期泥沙平衡

为恢复抽水蓄能水库库容,评估水库冲洗的技术可行性。本文采用完全三维数值模型来研究不同冲洗方案的效率。通过使用基于有限体积法和k-湍流闭合的数值程序(SSIIM2)来求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,网格是自适应、非结构化的和非正交的。通过求解多个粒度的瞬态对流扩散方程来计算悬浮泥沙运移。该模型是基于水深数据、河床沉积物特征、沉积物的初始厚度以及流入和流出流量建立的。为了研究水库冲沙是否成功,模拟了三种不同水位的方案。本研究报告了模拟的床面变化,以及计算的冲出沉积物量。结果反映了冲洗成功对降低目标的依赖性。

土地利用情景对水库上游径流泥沙的响应研究

水库上游汇水区产流产沙特点不仅影响当地的生态环境,同时也对水库淤积和功能发挥存在直接影响。此次研究以某水库上游汇水区为例,利用模型计算的方式,探讨了土地利用情景变化对产流产沙的影响,获得相应的影响规律,并提出具体土地利用的建议,具有一定的理论和实践意义。

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。

新疆卡拉贝利水库排沙效果试验研究

通过坝区动床泥沙物理模型试验,研究卡拉贝利水库的排沙问题。观测水库排沙运用时的坝前水流形态、沿程流速变化、冲刷漏斗形态,分析不同运用水位和开启不同排沙洞工况的水库排沙效果,并通过敞泄排沙试验探讨水库恢复部分库容的可能性。研究表明,水深与冲沙流量是影响水库排沙的重要因素,相同的冲沙流量下降低水位排沙效率更高。水库应根据上游来水来沙条件、电站运用情况和排沙洞前淤积高程,抓住有利时机,灵活地运用多种方式冲沙。

牡蛎礁生态潜堤的消浪效果试验研究

为探究不同因素对牡蛎礁波浪衰减效果的影响,基于蛎岈山牡蛎礁保护区内测量的礁体尺寸、孔隙度等数据进行建模,采用不同孔隙度的袋装牡蛎壳组合来模拟牡蛎礁,对其在规则波作用下的消浪效果进行了研究.将牡蛎礁的透射系数试验值与抛石潜堤消浪公式计算值进行比较,分析其差异性及原因,并拟合得到了规则波作用下牡蛎礁的透射系数公式.结果表明,礁体相对干舷高度越大、相对礁顶宽度越大、孔隙度越小、波陡越大,则透射系数越小,表明消浪效果越好.当礁体露出水面时,牡蛎礁可达到相同尺寸抛石潜堤(人工块石护面)消浪效果的78%;而当礁体处于淹没状态时,孔隙度为0.55的牡蛎礁的消浪效果可达到抛石潜堤的1.1倍.

絮凝剂作用下黏性细沙絮凝沉降规律研究

细颗粒泥沙广泛分布于河流、水库、河口及海岸水体中,其絮凝沉降及输移规律是泥沙运动力学中一个重要课题。采用自制沉降实验装置,实验观测了不同絮凝剂浓度、不同浓度黏性细颗粒泥沙的絮凝沉降过程,分析研究了黏性细沙絮凝沉降规律。结果表明:聚合氯化铝(PAC)絮凝剂比较稳定,PAC溶液浓度对不同泥沙浓度絮团沉速的影响均较小,最佳投放浓度可统一采用0.08 g/L。阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)絮凝剂对泥沙浓度的反应最为敏感,絮凝剂最佳投放浓度随着泥沙浓度的变化分为3个稳定段和2个敏感段,稳定段CPAM最佳投放浓度分别为0.08、0.10和0.12 g/L,敏感段CPAM最佳投放浓度可采用区间插值方法选取。阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)絮凝剂最佳投放浓度随着泥沙浓度的变化分为2个稳定段和1个敏感段,稳定段APAM最佳投放浓度不随泥沙浓度的变化而变化,分别为0.08和0.10 g/L,敏感段APAM最佳投放浓度可采用区间插值方法选取。絮凝剂APAM的絮凝效果最好,絮凝剂CPAM的絮凝效果次之,絮凝剂PAC的絮凝效果较差。

空气射流动力学特征与冲沙作用试验研究

针对空气射流冲沙方法目前相关理论研究还不够深入的现状,利用水下排气冲击细颗粒床沙,对空气射流的动力学特征与冲沙作用进行水槽试验。在空气射流清水试验中,总结归纳了羽流发展的4个阶段,通过正交试验信噪比分析发现气压是羽流下切长度的主要影响因素,局部紊动强度随空气射流压强的增大而增大,且沿横向迅速衰减。在气动冲沙浑水试验中,总结归纳了冲沙坑的3个发展阶段,通过正交试验信噪比分析确定了影响冲沙效果的显著因素,并利用方差分析建立冲沙效果回归方程,预测值与实测值对比结果表明该方程预测效果较好。

鱼鳃式沉沙池结构参数与沉沙效果试验研究

新疆滴灌首部常利用条形沉沙池沉降泥沙,通过在池内增设物理装置可提高除沙效率。鱼鳃式沉沙池在池室内部布设多组倾斜的过滤网片,利用滤网拦截泥沙,提高泥沙沉降效率。为分析鱼鳃式沉沙池过滤效果,对鱼鳃装置的滤网角度、目数、间距和滤网空间位置参数进行物理模型试验,研究不同组合条件下的沉沙效率。试验结果表明:滤网安装角度45°、目数100目、间距30 cm、距离池底20 cm时,鱼鳃装置的结构尺寸较优。在相同沉沙容积下,鱼鳃式沉沙池比相同尺寸条形沉沙池的沉沙效率提高了24.13%,除沙效果显著,可作为一种新型沉沙池进行推广应用。

絮凝条件对絮体分形结构的影响

在85kg/m3的含沙高浊水中投加阳离子高分子聚合物,借助图像分析技术与沉降技术分析探讨了不同絮凝条件下泥沙絮凝形态学参数:絮体粒径、絮体有效质量密度、絮体自由沉速、浑液面沉速与上清液余浊等的变化规律.利用表征参数“分维”定量控制不同絮凝条件(如搅拌速率、搅拌时间、高分子浓度等)对含沙高浊水絮体结构分形特性的影响.实验证明,不合适的絮凝条件将导致絮体分形构造疏松脆弱,分维值低.絮凝条件合适时(快速絮凝强度为:r1=300r/min,t1=10s;慢速絮凝强度:r2=120r/min,t2=180s;CP浓度:0.1%),絮体分形结构处于最佳状态.该状态下的絮体具有粒径较大、沉速快、有效质量密度高、粒度分布均匀,分维值最高(D3=2.16)的特点.而且,由静沉实验测得浑液面沉速高,上清液余浊也低.泥沙絮体分形结构达最佳时的混凝性能、沉降性能与结构密实性均较理想.