生产堤溃口展宽过程的概化模型试验研究

为研究生产堤溃口横向展宽过程的发展规律,以黄河下游生产堤土体为材料,开展概化模型试验,分析溃口处水深、流速、流量以及溃口宽度的变化。试验结果显示,溃口横向展宽的机理主要表现为水流冲刷堤身下层土体伴随上层悬臂土体发生绕轴崩塌;随着溃口展宽,堤前水深持续下降但下降速率逐渐减小,溃口流速呈先增大后减小的趋势,流速峰值约为1.1 m/s;随着主槽流量增加,溃口宽度发展至0.7 m时,溃口的水深、泄流流量、流速、展宽速率均有所增加。基于对溃口展宽的影响因素分析,提出溃口横向展宽速率的计算关系式,计算溃口展宽过程与实测值符合较好。研究结果不仅有助于生产堤展宽机理及发展规律的研究,还可为数学模型的建立与验证提供参考资料。

汾河上游丁坝局部冲刷概化模型试验研究

建造丁坝是汾河上游河道治理的重要工程措施之一。一般而言,丁坝工程往往是以群坝的形式构筑,但现有试验研究大多是针对单个丁坝进行的。本文针对汾河上游重点河段及丁坝工程的特点,进行了局部概化模型试验研究,系统地观测了不同坝群、坝距等条件下的水、沙运动及局部冲刷规律,获得了有益的认识。

河道岸坡水位涨落变化对崩岸影响试验研究

通常水流冲刷作用是影响崩岸的主要因素,但河道水位涨落变化也可能降低岸坡稳定性,进而导致崩岸的发生,威胁防洪和堤防的安全。为研究河道岸坡水位涨落变化对崩岸的影响,对天然河道一个水文年周期内不同涨落水过程对不同坡比二元结构河岸稳定性的影响进行了模拟。研究结果表明:水位降落速率对崩岸具有重要影响,与水位缓降相比,水位陡降导致的崩塌程度更大;崩岸在一个水文年周期内的崩塌强度呈现一定规律性,均在洪水期达到最大,表明水流冲刷作用是影响崩岸的主要因素;此外,河岸坡比对崩岸具有明显影响。该成果对于三峡工程水位年度调度实施方案的制定和坝下游防灾减灾研究工作具有一定参考意义。

人工浮岛阻水效应试验研究

近年来,人工浮岛技术作为一种新型的绿色水处理工艺,广泛应用于河道净水技术中,但浮岛阻水的负面影响也正日益突显。依据浮岛在河道中的运用特点,通过概化物理模型试验数据,系统分析了浮岛前壅水值对人工浮岛的阻水效应,定义了阻水系数为表征阻水效应的特征值,探究了浮岛阻水效应影响因素及其影响规律。试验采用量纲分析法和正交设计试验,并结合敏感性分析,确定了人工浮岛阻水效应的主要影响因素。基于最小二乘原理,对主要影响因素与阻水系数之间的关系进行多元回归分析,得到了数学表达式。结果表明:浮岛的存在,使得其上游出现水位壅高,下游出现水位降低的现象。而阻水系数的大小与试验因素浮岛尺寸、河道水深、浮岛吃水深度、河道宽度、浮岛离岸距离有关,其中,阻水系数与弗劳德数、浮岛相对宽度(浮岛宽度与河道宽度的比值)和相对吃水深度(浮岛吃水深度与河道水深的比值)分别成幂函数正相关。

二元结构河岸崩塌机理试验研究

以室内概化模型试验为技术手段,首次尝试采用不同粒径的新型复合塑料沙(细颗粒层通过加入适当比例的黏合剂)模拟了天然二元结构河岸崩塌过程。试验研究表明:二元结构河岸崩塌过程大体可分为5个崩塌阶段:坡脚冲刷变陡阶段→滩面裂缝形成发育阶段→坡面渐进侵蚀阶段→河岸崩塌阶段→河岸冲刷趋于稳定阶段;在崩塌发生的过程中首先是下层泥沙受冲变陡,其次是上层河岸泥沙在多种因素影响下发生着不同的崩塌形式;在同级流量条件下,水位下降过程中河岸稳定性较水位上涨过程中明显减小。该成果可为研究江河崩岸治理措施和防洪减灾提供理论依据。

码头工程对山区河道水位影响的水槽试验研究

为了探索在山区河道中修建码头对工程所处河段水位的影响,采用理论分析与物理模型试验相结合的方法,对工程所处河段最大水位壅高值与壅水范围进行了分析研究。通过对物理模型试验得到的37组次不同条件下的试验数据进行分析,得出了计算码头工程相对最大水位壅高值的关系式,验证了工程上游壅水范围理论计算公式的可行性。研究成果可为山区河道码头工程建设管理和设计提供参考。

干支流汇合口水力特性的试验性研究

长江干线河道存在着大量的干支流交汇河段,在此交汇河段,水流运动及河床冲淤特性极其复杂,碍航问题较为严重。利用ADV对弯曲干流型汇合口水流运动特性进行模型试验性研究。研究结果表明,入汇角和汇流比是影响汇合口区域表面流速及水面比降的主要因素;入汇角的大小是决定漩涡分离区范围的主要因素之一,且随着汇流比和入汇角的增大,漩涡分离区的范围逐渐增大。

丁坝头部附近速度分布特征及对通航影响距离的试验研究

河道中修建丁坝将改变丁坝附近的水流流态,形成复杂的三维水流,可能影响坝头附近的船舶通航安全。为研究丁坝断面的三维流速分布、坝头附近的流态特征以及丁坝存在对通航的影响范围等问题,在概化模型水槽中进行试验研究,利用多普勒测速仪对丁坝断面流速进行测量,分析丁坝断面三维流速分布资料,发现距离丁坝头部一定范围处,丁坝断面横向流速的变化率趋近于0,并以此范围作为丁坝对水流运动及通航的影响距离。通过对不同影响因素的分析,得到丁坝对通航影响距离与随弗汝德数、压缩比等参数的相关关系式。

水位变化速率对河道崩岸的影响

针对天然河道崩岸现象,采用概化模型试验和数值计算相结合的方法,初步分析了不同水位变化速率对河道崩岸的影响。研究结果表明:水位变化对崩岸有明显影响,尤其在水位降落阶段,水位降落速率越大,崩岸越明显。岸坡稳定性计算结果显示涨水时稳定系数随水位上升而增大,至高水位后稳定系数先减小后保持稳定,水位降落阶段稳定系数减小,且与降落速率密切相关。研究成果可为分析不同水位变化速率下岸坡稳定性的演化特征并采取相应的河道整治措施提供理论依据。

山区河道型水库陡岩滑坡涌浪首浪试验研究

基于点激波理论,选取三峡库区典型陡岩滑坡为研究对象,借助水槽概化模型试验,模拟滑坡产状和入水交换过程,通过对试验结果的分析,得出初始涌浪高度随各影响因素的变化规律;采用多元线性回归方法,得出滑坡坡度、滑体厚度、水深3因素与首浪高度的经验计算公式,计算值与实测值较吻合.

公路斜交桥壅水特性

应用合共公路桥的概化模型试验研究了斜交桥的阻水特性、壅水高度.通过对桥位附近的实测水位与水流三维流速分布及紊动特性的比较分析,改进了计算斜交桥壅水的方法,并给出阻水宽度折算系数.经验证,斜交桥修正计算流速和壅水值与概化模型试验的实测值较为吻合.

九江长江大堤实体护岸岸脚淘刷机理研究及防治对策

对长江大堤常用的实体护岸及固脚技术进行了原型效果观测与分析,综述了前人研究的成果.针对实体护岸技术进行了概化模型试验,研究了岸脚淘刷机理,提出了护岸固脚设计的原则意见,通过比较、筛选,推荐了较佳的护岸固脚型式,为今后护岸工程提供了依据.

近岸缓流区河道动能修正系数的研究

动能修正系数值是工程一维数学模型计算中应考虑的主要因素,其通常取值为1,但动能修正系数常规取值对边侧存在近岸缓流区的天然河道并不适用。从动能修正系数的定义出发,对近岸缓流区河道动能修正系数作理论推导,同时结合水槽概化模型试验对公式进行验证。得到了近岸缓流区河道动能修正系数的计算方法和沿程变化的一些规律。相关成果可为工程中涉及近岸缓流区河道一维数学模型计算提供参考。

河道崩岸机理研究进展

基于河道崩岸现有研究成果,对崩岸类型的划分进行了梳理,进而将河道崩岸的影响因素概括为水流动力条件、河道边界条件,及其他因素3大类,并从数值模拟和概化模型试验2个方面总结了河道崩岸研究的进展。在此基础上,分析讨论了当前河道崩岸机理研究中存在的不足,如未能全面考虑各种因素影响、崩岸数值模拟技术不够完善、概化模型试验精度需进一步提高等。最后,对未来崩岸研究工作的开展,提出了需关注的重点与建议。