天然河道断面流速分布计算

采用Ｋｎｉｇｈｔ等推导的计算断面流速分布的解析解，得出天然河道断面流速分布计算的公式。该模型计及了滩槽间的动量交换、边界阻力及断面上二次流的影响。天然河道的不规则断面形状用若干段折线表示。计算结果与前人的实验资料比较表明，该模型能够较好地给出断面流速分布。

基于横断面垂线平均流速分布的流量计算模型研究与应用

深入分析横断面流速分布特性,提出横断面垂线平均流速分布模型及计算公式。该模型利用大断面、河道水位及断面上一条垂线的平均流速,即可较准确地计算出断面上任意一条垂线的平均流速,从而计算出断面流量。这种方法缩短了测流历时,在保证测流精度的同时,为防汛调度决策延长了预见期。讨论了该方法的应用条件、误差来源和误差控制方法。为明渠实时在线监测提供了一种新的方法,为明渠流量计研发奠定了理论基础。

采用流管元测量冰期流量及流速分布的方法

北方河流冰期测流需要在冰盖上沿断面打孔,再测量各孔垂线流速分布,最后通过流速积分得到冰盖下的总流量。这种传统的冰期测流是一项耗时耗力且高风险的工作,限制了冰期流量流速资料的采集。本文基于流管元法和爱因斯坦的断面分区方法,提出一种基于理论公式的冰期测流方法。该方法被用于实验条件下复式断面的流速分布和黄河不同断面的流量计算。结果显示新方法获得的断面流量、单宽流量分布和水深平均的流速分布与实验值和现场观测值符合良好。基于流管元的冰期测流方法能广泛用于明流、部分冰封和完全冰封河道断面的流量及流速分布测量,能有效减少冰期测流工作量、提高测量效率,进而减少测量人员安全风险,可在水文观测中推广应用。

波浪作用下柔性植物带内流速分布特性研究

该文基于波浪水槽物理模型试验,研究了不同波浪条件下,最大水平流速的垂线流速分布特性。与无植物时的垂线流速对比,提出了水平流速衰减系数,分析了其特性。与无植物区相比,各断面在柔性植物的影响下垂线流速均有所减小;在柔性植物带内,上部冠层区的流速减小,植物带越长减小越显著;近底处的流速沿程先减小后增大再减小。随着来波波高的增大,各断面与无植物时的流速差缓慢增大,流速减小区域有下移的趋势。植物带中和植物带后的实测值与衰减理论值的流速衰减系数均沿水深向上变化规律基本一致,沿程变大,实测值的垂线分布趋于均匀且近底处的流速衰减系数增大更加明显。

柔性植物消浪及沿程阻流特性试验研究

采用聚乙烯仿真绿色植物模拟柔性植物,通过物理模型试验研究了柔性植物对波高和断面流速分布的影响,结果表明:波高消减系数大小与水流速度大小无明显关系;植物出水0.5倍波高时消浪效果最好,水深越大波浪消减效果越差;柔性植物使断面流速在植被上部冠层区域减小,特别是植被带中和植被带下游边缘处,冠层区域流速减小显著;水流通过植被带以后,在植被带下游断面流速垂向分布逐渐恢复至与上游断面一致,但大流速情况下流速恢复较慢;波流共同作用下断面流速的垂向分布与纯流速作用下基本一致,但在波浪作用下断面流速减小区域有下移趋势。

峡岛湍流海域水流力荷载计算方法探讨

与常规明渠流断面流速对数分布形态不同,外海连岛间海域断面流速呈现出复杂的分布特征,其主要原因在于凹凸不平海床面对海域流场分布有很大的影响。通过室内模型试验发现,峡岛湍流海域垂线流速基本呈二次抛物线分布形态,随后通过分析计算提出了以等效坡度为主因子的湍流流速分布公式。该公式计算结果与现场实测结果比较吻合,同时还给出了以抛物线分布形态为基准的水流力荷载计算修正系数。研究成果可为峡岛海域的工程结构设计提供参考。

田间便携式短喉槽水力特性试验研究

结合临界流原理,提出适用于灌区田间进水口水量计量的新型量水设备——田间便携式短喉槽,以满足量水槽结构简单、水头损失小、量水精度较高、流量计算公式简明的要求。田间便携式短喉槽是一种喉道宽度为76 mm、槽底为平底的短喉道量水槽。在自由出流、淹没出流两种工况下对不同流量下的水力特性进行试验研究,结果表明:该量水槽过流顺畅,量测流量最大可达40 L/s,能够满足灌区末级渠道的量水要求;断面流速分布为中间流速大、两侧流速较小,且自由出流工况下的流速略大于淹没出流工况下的流速;水头损失较长喉槽的小;根据对弗劳德数的分析得到临界水深断面位于喉道后半段;通过回归分析得到田间便携式短喉槽的上游水深—流量计算公式,其最大测流误差为9.16%,满足灌区田间量水精度要求。

基于超高频雷达的流量测量算法研究:以长江武汉段为例

水文站和船载测量的方法测量河流断面的流量受到船舶航行和河流水文条件的限制.本文以UHF雷达探测长江武汉段的试验数据为基础,构建表面流速与断面流速分布的关系模型,进而估算断面流量.把估算的结果与实测数据对比,验证了利用岸基UHF雷达测量河段流量的可行性.

竖井弯道段对进出水口水力特性影响研究

竖井进出水口弯道段(简称竖井弯道段)是控制出流是否均匀的关键体型,若设计不当,易出现偏流等问题。为比较竖井弯道段不同形式(肘型弯道段和S型弯道段)影响竖井进出水口水力特性的异同性,该文建立了大型竖井进出水口试验装置,并利用声学多普勒流速仪量测了出口拦污栅断面流速。研究结果表明:对于出流工况,竖井弯道段对出流均匀性起关键作用,肘型弯道段和S型弯道段均能获得理想的孔口流量分配;竖井弯道段形式的改变不能消除出口拦污栅断面底部负向流速,两种形式弯道段的出口拦污栅断面底部负向流速区高度基本相同;两种弯道段的水头损失相当,均占竖井进出水口水头损失的40%左右。对于进流工况,竖井弯道段对进口拦污栅断面流速分布和孔口流量分配无影响,两种弯道段的水头损失相当,均占竖井进出水口水头损失的60%左右。从水力学角度看,两种形式的弯道段对竖井进出水口水力特性的影响效果基本相同,但S型弯道段形状的细微变化对出流各孔口流量均匀性影响较大,极易导致出流不均匀,需要引起高度重视。

黄土高原关中地区植草沟径流水力学特性

植草沟被广泛应用于海绵城市建设中,可有效改善城市生态环境。为探究植草沟径流调控作用的机理,通过放水模拟试验,研究了5个坡度(1%、2%、3%、4%、5%)、5个放水流量(20、30、40、50、60 L·min^(-1))组合条件下植草沟径流的水力学特性与断面流速分布变化规律。结果表明:植草沟径流水力学特性主要表现为,随流量和坡度的增加,流速、雷诺数和佛汝德数均逐渐增加,曼宁糙率系数与Darcy-Weisbach阻力系数逐渐减小。流速(V)可以用流量(Q)与坡度(S)的幂函数V=0.3387Q^(0.555)S^(0.6601)来表示。雷诺数和佛汝德数变化范围分别为1160.95~6596.82和0.17~1.21,径流流态均为紊流,流型受坡度影响较大。流量和坡度较小时,两者对阻力系数的影响较大,试验条件下水流阻力系数与雷诺数呈负相关关系。植草沟径流断面流速分布表现出关于中心两侧对称分布,最大流速点位于中心水面处,断面流速等值线随流量和坡度的增加而逐渐变密,流速变化梯度增大。本研究可为黄土区海绵城市建设中植草沟的设计应用与水力计算提供理论基础,也可以通过分析植草沟径流水力学特性以探索其径流调控机理。