有压管道内的泥沙冲淤特性

为明确复杂地形条件下有压管道内泥沙的运动特征与临界不淤流速,采用模型试验研究了不同粒径泥沙在不同运动状态下的水流流速,分析了泥沙粒径、加沙量与泥沙级配对临界不淤流速的影响。结果表明,间歇式运动状态下,粒径介于(0.075~0.600)mm的泥沙在管道上升段与水平段呈多个椭圆状运动,较陡的下降段呈带状分布,粒径介于(0.600~1.250)mm的泥沙在管道内呈山丘状运动;泥沙运动状态的临界水流速度随泥沙粒径的增大呈增加趋势,且连续式推移状态为最佳泥沙输送状态;临界不淤流速均随泥沙粒径、加沙量、泥沙级配的增大而增大,泥沙粒径是影响临界不淤流速的主要因素,加沙量与泥沙级配是影响临界不淤流速的次要因素。研究结果可为复杂地形条件下有压引水管道工程的设计和应用提供参考。

柔性植物影响下水沙运动及物质输运研究进展

水生植物是河流、湖泊、滨海湿地环境中不可缺少的一部分,植物的存在使水动力条件发生了改变,进而影响了泥沙悬浮和污染物的输运。从恒定流和波浪两种水动力条件出发,针对柔性植物影响下的水流阻力、水流结构、紊动特性、特征流速、消波系数、泥沙运动、污染物输运等方面,综述了国内外的主要成果,并指出复杂水动力条件下的植物-水流-泥沙-污染物之间的相互作用规律是今后研究的重点和难点。

ON THE STRUCTURE AND MOVEMENT MECHANISM OF FLOW WITH HYPERCONCENTRATION OF SEDIMENT

This paper, based on the information obtained from flume experiments and field observations, concerns with the analyses of the flow with hyperconcentration of sediment containing a certain amount of fine particles. Attention is focused on the classification of flow with hyperconcentration of sediment, the properties of the Bingham shear stress τB and rigidity coefficient η, the movement mechanism of fluid within flow-core and non-flow-core regions, the shear stress distribution and so on. Several formulae have been proposed to indicate vertical velocity distribution of 2-dimensional steady and uniform turbulent flow with hyperconcentration of fluid. The formulae can be applied either to the flow of the Bingham fluid or to that of the Newtonian fluid.

正弦派生曲线弯道中水沙运动特性动床试验

为了研究流量和弯曲度对弯道内水流泥沙运动特性的影响,在无黏沙质床面上进行固定边壁动床弯道模型试验,测量不同弯曲度和不同流量组合条件下弯道内的水流运动特性、地形演变和输沙强度.试验表明,水流动力轴线在相邻2个弯顶之间形成过渡段,弯顶下游凸岸一侧存在局部低流速区,该区域最早出现边滩形态;流量与床面形态之间的关系是非线性的,小幅度的流量变化引起较大的床面变化;微弯河道中浅滩、深槽分布规则,当河道弯曲超过一定程度时,显著影响床面的稳定性,床面形态变得复杂;随着弯曲度的增大,河道的输沙能力有减小趋势.

沉水植被降低水体浊度的机理研究

水体浊度的变化影响着水生态系统的健康,而沉水植被对降低水体浊度具有显著效果.为明确沉水植物对泥沙的作用机理,以苦草为试验用草,开展室内水槽试验.结果表明,苦草斑块降低了水流的输沙能力,根据试验资料估算,斑块区水流的输沙能力仅约为无草时的10%.利用象限分析法分析了实测的紊动流场,解释了植物对泥沙作用的物理过程.在苦草斑块区,植物冠顶以下区域(相对高度小于1.00)为下扫流态,紊动漩涡形成的下扫流将泥沙带入水底,而近底层的喷射流抵消了下扫流的能量,抑制下扫流对泥沙的冲击起动,并使下扫流挟带的泥沙顺利淤积;在植物冠顶以上区域除高密度(172株m2)工况为下扫流态外,中、低密度(86、43株m2)工况均为喷射流态,不利于泥沙沉降.由于泥沙主要存在于下层水体,因此沉水植被有利于减小水体浊度.

新疆叶尔羌河中游河段水沙运动的数值模拟

采用有限元法离散二维模型方程建立了新疆叶尔羌河中游河段水沙运动的平面二维数学模型,对常微分方程系数矩阵运用质量集中原则近似处理,而后采用"预报—校正—迭代"的差分计算格式求解常微分方程组,该计算过程稳定性较好、效率较高。在动边界问题上,引入虚拟水深处理后,可以保证数值计算的连续性。用该模型对叶尔羌河中游河段的水沙运动进行数值模拟,并把计算结果同实测值进行了对比验证,结果吻合良好。

复式河道滩槽交互区水沙运动机理

滩槽复式河道是冲积河流中最为常见的一种形态,也是河流动力学研究最为重要的内容之一。以复式河道概化试验数据和水沙运动的区域性特征为依据,在提出滩槽复式断面主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区以及边壁区4个分区的基础上,将水流流态最为复杂的滩槽交互区进一步划分为对数流速区(内区)和非对数流速区(外区),通过引入描写动植物生长过程的S型曲线,提出了内外区分界线的确定方法。以滩槽交互区横向分布公式为基础,通过线性假定和积分变换,给出了滩槽交互区内断面平均流速和含沙量的计算公式,并对不同分区内的流速和含沙量的差异性进行了比较分析。

弯曲河道水流泥沙运动研究进展

弯曲河道的水沙运动一直是河流研究者十分关注的课题之一,关系到河道演变与治理。重点概述了单一弯道与连续弯道水沙运动国内外研究进展,梳理了弯曲河道的水面比降、纵横向流速分布、悬移质泥沙及推移质泥沙的运动特性。分析结果表明:以往研究大多是基于相对平衡的水沙条件与尺度相对较小的自然河流情况下取得的成果,针对水沙过程发生较大变化尤其是来沙大幅度减少的大尺度河流的弯曲河道水沙运动规律研究较少,限制了对减沙条件下大尺度弯曲河道演变规律的深入认识。因此,需要在前人研究基础上开展变化环境下弯曲河道水沙运动特性的研究,为进一步深入研究弯道演变规律与治理提供基础。

多沙水库水沙联合调度模型研究

运用异重流总流微分模型预测水库坝址泥沙运动过程,在满足防洪安全的前提下,结合水库入库洪水过程,进行旨在水库排沙比最大的水沙联合调度研究,最后给出实例。

弯曲型河道挟沙水流运动规律研究进展

弯道水流 (包括挟沙水流 )运动规律的研究 ,在水利工程学的许多领域中 ,占有重要的位置。本文着重对弯道水流水面横比降、横向环流、纵向垂线平均流速分布规律及弯道输沙特性研究进展进行了阐述分析 ,以便为生产科研方面服务。

水库二维水流泥沙数学模型及应用

建立水库坝区平面二维水流泥沙数学模型，考虑了悬移质非均匀、非饱和输沙特性，采用正交曲线坐标拟合复杂边界、ＳＩＭＰＬＥＣ程式离散求解及动边界技术．用该模型对白沙水库流场和河床变形进行了数值验证，计算了典型年条件下，水库取水口附近流场和河床局部形态．结果表明坝前取水口漏斗基本保持稳定状态．

北江某河段宽级配泥沙模型设计探讨

结合该河段泥沙水流特点 ,对各家公式得到的计算结果进行对比分析。分析表明 ,运用水槽试验成果得到的各相似比尺是准确可靠的 ,模型试验成果运用到实际工程中获得了成功。

弱动力水流中粘性泥沙作用下水流流速沿垂线分布的试验研究

采用玻璃水槽试验的方法探讨了弱动力水流中粘性泥沙作用下水流在水流条件、含沙量及水质条件共同影响下,流速沿垂线的分布规律。结果表明:弱动力水流流速的垂线分布有其自身的特点,流量较大或含沙量较小时,都基本遵循对数分布规律;流量较小且含沙量足够大时,流速的垂线分布呈横向抛物线形,并出现明显的分层现象;此现象出现后,当含沙量较大、流量减小,或流量较小、含沙量增大时,流速极大值增加、位置向床面下移,流量较小、含沙量较大时,随着钙离子浓度的增加,流速极大值增大,且其位置更贴近床面。

渤海湾典型人工鱼礁区域流场分布与海床泥沙起动特征

由于我国渤海湾近海环境的不同程度污染及渔业资源的过度捕捞,人工鱼礁的建设作为改善海洋生态环境、增加渔业产量的重要措施已受到了日益受到重视。本文以渤海湾辽东湾区觉华岛近海人工鱼礁区域为研究对象,通过实施9组室内水槽模拟实验,采用PIV测试技术,重点研究了不同流速及鱼礁间距条件下人工鱼礁区域上升流、背涡流及海床泥沙临界起动切应力的变化特点。结果表明:随着流速增加,在相同人工鱼礁群间距条件下上升流特征值均呈现增加趋势,背涡流特征值变化不大;在同一流速下,不同间距的人工鱼礁群上升流在扩大25%间距时各项特征值达到最大;首个分礁群后背涡流特征值随间距增加而有增大趋势,最大面积也出现在扩大25%间距鱼礁区域;另一方面,通过对比分析人工鱼礁投放前、后泥沙临界起动切应力变化特点,表明在投放人工鱼礁后,各个单体礁前后区域较未投放人工鱼礁群前海床泥沙更容易起动;对于相邻的单体礁,沿水流方向的前一个礁体前后的泥沙较后部礁体前后的泥沙更易起动。本项研究成果对渤海湾觉华岛等近海人工鱼礁优化布局与投放操作流程和渔业资源增产增收具有重要指导意义。

挟沙水流的运动机理和输沙能力

本文是作者和一些同志近年来所进行挟沙水流的水流和泥沙运动机理和输沙能力研究成果的概括。内容包括：把挟沙水流运动视为统一体的观点；悬移质流速分布、浓度分布以及悬移质输沙率计算模式的讨论；

圆柱绕流无沙区试验研究

试验发现推移质泥沙随水流绕过圆柱体时，将在圆柱周围的床面上形成一个无沙区。根据动能定律建立了圆柱绕流无沙区的定量关系式。分析该定量关系式可知，无沙区的范围随圆柱直径的增大而增大；当泥沙粒径减小时，无沙区的范围将增大；水流条件的变化直接影响泥沙颗粒的运动情况，同无沙区的形成、消失及范围大小有密切的关系。理论分析结果同试验现象是一致的。

挟沙水流速度与含沙量垂向分布关系探讨

采用数据拟合构造的挟沙水流掺混长度,结合Prandtl掺混长度理论,得到新的挟沙水流流速分布。类比动量传递系数表达式与掺混长度的关系,结合挟沙水流流速分布公式,得到新的含沙量垂线分布公式。分别利用水槽及河道实测资料验证,结果表明流速公式与含沙量公式可以客观准确地描述流速、含沙量垂向变化规律,对含沙量有更高的精度。误差分析表明:近底层流速误差较大,说明底部边界层的选取与判别仍需深入探究;近表层含沙量误差较大,说明含沙量参考点的选取在理论上仍需研究,以摆脱其随机影响。

管道低点处杂质流动规律的研究

输油管线内常含有铁锈、油泥、细沙等固体杂质。在管线运行过程中,固体杂质易在管道低点处堆积,干扰油品流动、损伤设备、腐蚀管道,对管线的安全运行和油品质量产生不利影响,因此对管道低点处固体颗粒杂质运动规律的研究势在必行。在分析多相流模型的基础上,选用欧拉模型和Realizable k-ε模型建立数值模型,用CFD软件对管道低点处泥砂颗粒的运动规律进行研究。结果表明:颗粒推移速度与油流流速成正相关,与颗粒粒径成负相关;当油流流速较小时,颗粒易在弯管低点处沉积;一定范围内,管道上倾角越大,颗粒的推移速度越小。

金沙江泥沙预报决策支持子系统研制

金沙江泥沙预报决策支持子系统是金沙江下游梯级水电站水文泥沙数据库及信息管理分析系统的核心之一,该子系统的成功研制,为主系统管理各类水沙模型提供了便捷途径,亦为主系统水沙监测和数据分析提供了有力工具。介绍了该系统的体系结构和主要功能,以及用户界面,描述了应用子系统的一般步骤,给出了应用范例。该系统实现了"模型管理"和"模型调用"功能,集成了"一维泥沙计算"相关模型,是金沙江下游梯级水电站水文泥沙数据库及信息管理分析系统的重要组成部分。

泥石流运动衰减动力学初步研究

我国公路泥石流病害严重，泥石流淤埋公路构建筑物是一类常见的公路泥石流病害类型。泥石流衰减动力学是防治泥石流淤埋病害的重要关键技术，也是泥石流运动学、动力学研究的核心问题之一。本文作者运用泥沙运动力学及流体力学原理，初步建立了泥石流固相颗粒和液相浆体的能量衰减条件，把泥石流衰减模式概化为两类，即能量抑制衰减和能量自由衰减；通过泥石流沉积模型试验，得到了不同粘度泥石流体的沉积扇变化形态，随着泥石流体粘度的增大，沉积扇边缘变陡、扩展范围变小、纵轴线长度减小等结论与实际情况吻合；初步建立了泥石流能量衰减速率计算方法。研究成果为防治公路泥石流病害奠定了基础。