大单宽流量、低佛汝德数消力池优化设计研究

针对某水电站消力池原设计方案出现的大单宽流量、低佛汝德数水流消能问题,通过物理模型试验,对消力池的体型参数以及辅助消能工的布置形式进行优化,并对比分析各方案的水流流态和水力特性。试验结果表明:下挖式消力池与消能墩的联合消能方案(消力池下挖4.20 m并设置消能墩)可以有效改善消力池内水流流态,水位波动幅度下降,消力池出池流速明显减小,消能效果显著。

沪通长江大桥桥墩布设水动力特性试验研究

沪通长江大桥横跨长江河口段的南通水道和天生港水道,该河段收径流和潮流共同作用,水流条件复杂。采用物理模型研究了工程河段水流特性,并重点分析了桥位断面流速、流向及单宽流量等。研究表明:桥位断面最大流速出现在南主墩所在的主槽附近,上游流量越大、下游潮汐越强,桥位断面处流速愈大;平常水文条件如98大洪水下条件下的水流不会对桥梁产生大的不利影响。但如果出现100a、300 a一遇极端水文条件,南主墩附近最大落潮、涨潮流速在3.7 m/s和1.3 m/s以上,在这种较强的双向水流作用,南主墩处会出现较大局部冲刷,同时施工时巨型钢围堰受到的水流作用远较桥墩要大,这对桥墩布设及其防护、施工围堰的设计和围堰安全提出了很高的要求。

林草措施调控坡面降雨径流输沙效应的初步研究

利用人工模拟降雨小区试验,分析了林地和草地2种生物措施在不同坡度、不同雨强下的径流调控和产沙机制。结果表明,产流时间和降雨强度之间存在幂函数关系,与单宽输沙率之间存在线性关系,单宽输沙率与单宽流量之间亦存在线性关系。并对2种措施的调控效应进行比较,草地措施的产流、产沙调控效应均优于林地措施。

收缩墩与跌坎消力池水力特性的试验研究

为探究解决跌坎型消力池在大单宽、低弗劳德数条件下引起的振荡型水跃问题,进行了跌坎型消力池和收缩墩与跌坎型消力池两类消能工试验,对比分析了试验的流态、流速和压强分布规律。试验结果表明,加设收缩墩后,入池射流破坏了表面水流与水垫层剪切形成的大幅度振荡波动,有效地解决了振荡型水跃问题,降低了水流对底板的冲击压力。

雨滴击溅对坡面径流输沙的影响

针对雨滴击溅下坡面径流输沙研究中存在的研究方法及机理需要深入探讨的问题,通过室内人工模拟降雨与放水冲刷试验相对比的方法,研究有无雨滴击溅对坡面径流输沙的影响。研究结果表明:雨滴击溅会增强水流的紊动作用和水流流态的不稳定性,但这并不意味着雨滴击溅总是增加坡面输沙的强度;当坡度较大时(10°～12°),随雨强的增加,雨滴击溅对坡面流单宽输沙率的贡献由增强转为抑制。初步给出坡面输沙的影响因素及雨滴击溅对坡面产沙的贡献关系。上述研究对深入探讨坡面输沙机理提供了新的认识。

定向爆破坝坝体结构与渗透特性的研究

本文提供了已衣定向爆破坝观测研究结果，主要是：（１）研究了坝体结构特性与渗透稳定机理；（２）进行两年直接挡水试验；（３）初步查明坝内渗流的水面分布、流态及水头损失；（４）给出了单宽坝体渗流量计算方法与经验表达式．

台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

台阶式溢洪道消能率无法详细反映其消能特性,为了突出反映台阶消能作用,从总消能水头中扣除光滑溢洪道原有消能水头得到纯台阶消能部分,计算了单位高度纯台阶消能率,以及台阶消能所占总消能的比重。结果表明:滑行水流的单位高度纯台阶消能率约为0.80%/m^0.83%/m,与单宽流量和台阶数目均无关,随台阶高度增大增幅为4.5%;纯台阶消能所占总消能比重随单宽流量增大而增加,随台阶数目增多而减小;此外,还对单宽流量增加时消能率下降的原因进行了探讨。结果分析表明:大单宽流量消能率下降是由于光滑溢洪道能作用降低而纯台阶消能不变导致的。

台阶式溢洪道滑掠流时均压强影响因素分析

由于台阶式溢洪道结构特殊,流态复杂,对台阶式溢洪道压强并未取得一致性的研究成果。对多个台阶式溢洪道滑掠流时均压强资料进行分析,探讨来流流量、掺气、台阶尺寸、溢洪道坡度等对台阶式溢洪道时均压强的影响。分析结果表明:单宽流量大,时均压强变大;掺气可有效降低正压时均压力并增加负压值;台阶尺寸对台阶式溢洪道的影响较为复杂,台阶尺寸较小,且坡度较缓时竖直面压强呈中间小、两头大分布,坡度较大时具有2个压力极小值,位于竖直面底部和顶部,台阶尺寸较大时竖直面压强自下而上呈减小趋势;坡度增加,台阶式溢洪道压强变化幅度增大。

梯形断面棱柱体渠道水流流态规律研究

从理论上分析了梯形直棱柱体渠道的临界底坡ik关于单宽流量q的函数特征,研究了水流流态随单宽流量q的变化规律,并以示例探讨.结果表明,当边坡系数m≤0.466 4时,渠道存在着最小临界底坡(ik)min,(ik)min随m的增大而减小,并且可以用渠道的实际底坡i与(ik)min相比较来分析判定渠道中水流流态随单宽流量q的变化规律;当边坡系数m>0.466 4时,临界底坡ik随单宽流量q的增大而减小,则可以通过比较实际单宽流量与临界底坡为实际底坡时对应的单宽流量的大小来判定水流流态.

太行山地区水石流起动及发展的模型研究

通过对河北省太行山地区水石流的起动及发展进行室内试验研究,分别对比了坡度为15°时径流作用与径流、降水共同作用下水石流的起动及发展过程。结果表明:(1)土体中砾粒含量与泥石流起动的临界单宽流量基本呈线性正相关关系,与泥石流起动时的浆体容重基本呈线性负相关关系;(2)由于坡度较缓,因此径流作用下泥石流存在二次起动现象,二次起动时砾粒含量与临界单宽流量和浆体容重的关系不变;(3)降水作用下,由于降水对土体的压实作用和土体中细颗粒的流失,因此土体的平均厚度有所减小,减小值随砾粒含量的增大而增大,基本呈线性上升趋势。

黄土高塬沟壑区植物路面与土质路面水动力参数特征对比

黄土高塬沟壑区道路侵蚀异常严重,给农业生产与农产品运输造成了极大不便,目前情况下植物路是防治道路侵蚀最经济有效的方式。通过野外放水冲刷试验,系统对比分析了植物路与土质路土壤剥蚀率与各水动力参数间的关系。结果表明：3°~9°的植物路较土质路平均减沙64.68%;道路侵蚀剥蚀率与各水力学参数之间具有很好的相关性,其中水流功率与土壤剥蚀率相关性最高;土壤剥蚀率与水流剪切力呈幂函数关系,与水流功率和单宽能耗呈线性关系。研究结果对深入揭示植物路防蚀机制有重要意义。

土坝渗流曲线溢出点性质的初步探讨

土坝立面二维渗流的浸润曲线在溢出点处与坝下游坡面相切.由渗流的单宽流量和溢出点高度公式,给出了满足相切关系的导出方程.通过对导出方程的分析,说明单宽流量及溢出点高度公式存在不足.

小挑坎在导流隧洞出口消能中的应用

针对山区河道导流隧洞出口布置消能措施空间有限的问题,采用物理模型试验,对比研究了预留岩埂、消力墩、连续坎与差动坎四种不同布置方案的消能效果,通过对比不同方案下导流隧洞出口水流流态、流速、冲刷等水力学指标,最终确定连续坎方案为最优方案。水面线和水流流态对比结果表明,该方案增大了水流的横向扩散,优化了水流衔接流态,大幅减小了水流衔接段单宽流量,进而降低了下游岸边流速,减小了下游河床冲刷。

黄河三角洲清水沟流路水面宽度与单宽流量的时空变化

河流水面宽度与单宽流量,是重要的水力学和沉积动力学参数;遥感技术为获取这些参数并研究其变化提供了重要的技术手段。本文以黄河三角洲河道为例,利用Landsat影像和GIS技术,结合利津站的逐日流量资料,分析了清水沟流路1976—2005年期间河道水面宽度与单宽流量的变化。研究结果显示,从空间上看,黄河三角洲河道水面宽度及其变幅由利津站向下游方向逐渐变大,而单宽流量及其变幅由利津站向下游方向逐渐变小;从时间上看,利津站下游水面宽度随时间有逐渐变小的趋势,而单宽流量随时间有逐渐变大的趋势。本文的结果可为黄河三角洲水力学与沉积动力学研究提供水面宽度与单宽流量参数,同时为黄河三角洲的治理提供参考。

地下水对平推式滑坡的作用机理分析

平推式滑坡常见于四川盆地近水平砂泥岩互层地区,其启动动力主要由地下水提供。前人的研究主要考虑静水压力、坡体自身重力及其所产生的扬压力对滑坡体的作用,而忽略了动水压力的影响。基于此,运用滑坡极限平衡原理,分别建立考虑动水压力和不考虑动水压力时的极限平衡方程,并推导出两种模型下平推式滑坡后缘临界水头的计算公式。通过典型平推式滑坡案例对模型进行验证,结果表明:在强降雨条件下,用考虑动水压力的极限平衡方程推导出的临界水头更符合实际;岩层倾角越大,地下水单宽流量对临界水头的影响也越大。

光滑床面薄层水流水动力特性试验研究

为揭示坡面薄层水流水动力学参数变化的内在规律和坡面流土壤侵蚀机理,基于光滑床面薄层水流试验,研究了流速、雷诺数、弗劳德数、阻力系数、水流功率等水动力学参数随坡度和流量的变化规律。在坡角为0°~12°、单宽流量为0.04~0.24 L/(s·m)条件下的光滑床面水槽试验表明:坡面薄层水流雷诺数、弗劳德数、水流功率均与坡度和单宽流量呈幂函数递增关系,雷诺数受单宽流量影响较大、受坡度影响较小,坡度和单宽流量对弗劳德数的影响相当,水流功率的主要影响因素是坡度;阻力系数与坡度和单宽流量呈幂函数递减关系,单宽流量为主要影响因素、坡度为次要影响因素,坡角≤5°时坡度对阻力系数的影响可忽略不计,坡角≥10°时坡度对阻力系数的影响不可忽视;该试验条件下坡面流以急流为主,在坡角小于2°时才会出现临界流或缓流。

基于水和农药流量同步控制的在线混药系统设计与试验

针对现有的在线混药系统在农业作业中存在无法精确控制混药比、混药量仍然过剩等问题,设计了一种基于水和农药流量同步控制的在线混药系统.该系统主要由混药量的决策模型和控制系统组成.混药量决策模型的输入为变量喷雾系统中施药量决策模型的输出,并与混药量决策模型中的流量调节控制周期结合,用以实时计算系统中水和农药的流量.混药量控制系统中,经过处理后的脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)占空比数据传送至微控制单元(microcontroller unit, MCU),再由MCU生成PWM指令,发送至双路PWM驱动电路,并生成期望的PWM占空比数值,从而调节输送泵工作电压,进而同步调节水和农药的流量.试验结果表明:该系统中,蠕动泵和隔膜泵的流量精度分别在可控范围0~135.5 mL和0~18.65 L时,经过指定5.00 L混药量后,实测混药量误差小于5%;在混药比为100、300和500和流量调节控制周期为300、500和600 ms的条件下,进行交叉组合混药,混药比误差都保持在3.24%以内,可见混药效果良好.

收缩射流与跌坎消力池复合消能工参数优化研究

基于某工程泄洪洞消力池由大单宽流量、低傅汝德数造成的不稳定震荡水跃问题,对消力池进行了几种局部体型优化,最终提出了在消力池前设置收缩墩的收缩扩散与底流复合消能消力池方案。试验结果表明,该方案能较好地解决消力池内不稳定水跃导致的间歇性水流震荡和水面大幅波动等问题,同时消力池内消能率也显著增加,下游冲刷大为减轻。为类似工程的消能问题提供了一种新思路。

矿井涌水量动态预测非稳定释水-断面流法

我国北方煤田上覆地下水系统含水层以砂岩为主,是矿井主要充水水源。除浅部、露头区外,上覆砂岩地下水系统总体上构成非径流型蓄水构造,弹性贮存是其地下水主要赋存状态,压力传导、局部渗流为地下水动力学模式,矿井涌水主要为承压含水层弹性释放。非充填开采,煤层上覆地层周期性冒裂形成冒裂二元结构体,其自身释水(弹性、重力)与其外侧含水层断面弹性释水叠加形成矿井涌水。冒裂二元结构体释水随冒裂周期发生,时间短暂。外侧含水层断面释水可用非稳定流定降深沟(渠)流方程描述,进而获得外侧含水层断面释水单宽流量。外侧含水层释水断面随冒裂周期性延展累积,迭代更新,矿井涌水流量随之变化。在研究、刻画外侧含水层释水断面延展、迭代时空规律基础上,给出含水层断面释水流量预测方法、公式,与冒裂二元结构体自身周期性释水流量叠加,获新的矿井涌水量预测方法—非稳定释水-断面流法。

不同体型台阶泄洪排沙洞水流比能特性研究

台阶式泄洪排沙洞消能效果的研究十分复杂。以断面比能作为参数,研究在不同台阶高度和不同单宽流量下的消能效果。在泄洪排沙洞泄洪过程中,沿阶梯式泄洪排沙洞的水流比能先逐渐增大,最后趋于稳定,水流断面比能稳定时的影响因素与流程无关;在不同的单宽流量条件下,水流断面比能随单宽流量的增大而增大。单宽流量与水流比能呈正相关关系;水流断面比能随台阶高度的增加而减小。台阶高度为2 m时泄洪排沙洞的消能效率比台阶高度为0.5 m时的消能效率高18.3%。