复式断面河槽流速横向分布及其对滩唇形成的影响

通过对水流微小控制体进行受力分析,建立了复式断面流速横向分布模型,该模型考虑了侧向副流惯性力的影响。采用实验资料对该模型进行检验,模型计算值与实测值符合较好。运用该模型计算了不同条件下复式断面流速和挟沙力的横向分布,并定量分析了横向分布特性对滩唇形成的影响。分析表明,水流漫滩时,复式断面的横向挟沙力变幅较大,尤其是在主槽和河漫滩交界处,挟沙力减小迅速,而含沙量减小相对较小,泥沙发生淤积,容易形成滩唇。单从水流挟沙力角度考虑,水流漫滩后水深越小、滩槽的糙率差越大,越容易形成滩唇。

堆积体作用下陡坡河道流速沿程及横向分布规律

滑坡、泥石流等灾害过程,常在河流岸边形成大型堆积体,缩窄了主河道过流宽度,对主河道水流运动产生影响.通过水槽试验,研究了堆积体作用下陡坡急流河道流速沿程及横向分布规律.试验结果表明:受堆积体影响,水流流态一般可分为上游低速区、主流区、下游回流区及堆积体下游段折冲水流与隐蔽区缓流相遇而形成的斜向水跃.堆积体的壅水作用对主流区流速沿程分布影响较大,随堆积体尺度的增加,对主流流速影响增大,影响范围加大.堆积体上游段,主流流速受堆积体影响减小;急流条件下,堆积体段的过流断面束窄,过流能力降低,主流流速较天然状态有所降低,出现急、缓流过渡,堆积体末端逐步恢复至天然状态.堆积体下游临近断面流速大小与天然状态基本一致,沿横断面的流速比天然状态略有增大,对岸流速则略有降低,随堆积体规模的增加,流速横向变化幅度增大.

明渠均匀流流速横向分布的涡黏性模型

为了研究明渠水流的运动特性,开展了明渠水流流速横向分布数学模型的研究。本文根据量纲分析方法和实验资料,得到水流横向剪切作用下横向涡黏性系数的关系式;基于均匀流的水流运动方程,按照有限差分方法,建立流速横向分布计算模型。该模型具有计算简单、快捷和精度较高的优点,且数值计算不受横向涡黏性系数的结构形式和断面形态的影响。采用明渠水流实验资料验证数学模型,数学模型计算的流速横向分布与实验资料较一致,具有较高的理论意义和应用价值。

180°弯道水槽表面流速分布研究

自然界中河流多是弯曲的,弯道水流结构分析是水力学及河流动力学最重要的课题之一,对河道管理和河流开发利用也有着重要意义。基于粒子跟踪测速(particle track velocimetry,PTV)技术对180°弯道水槽不同流量下的水流表面流速进行测量与分析。试验结果表明:除进口断面,凹岸侧表面纵向流速均大于凸岸侧表面纵向流速,中心线上的表面纵向流速沿程变化相对较小;水流进入弯道后,凸岸的水流开始向凹岸方向运动从而产生横向流速,当水流流过弯顶后,由凸岸向凹岸的横向运动逐渐消失。对比两个流量的流速分布结果,较小流量下表面水流的“顶冲点”发生在弯顶前,较大流量下表面水流的“顶冲点”发生在弯顶后,较小流量下的凸岸侧水流更容易向凹岸方向运动。

部分植被化矩形河槽紊流时均流速分布分析解

研究了部分植被化矩形河槽紊流的水深平均流速分布.植被被视为不可移动的刚性多孔介质,植被对水流的阻力以多孔介质理论加以考虑,并综合考虑部分植被存在时矩形河槽紊动水流二次流的作用,建立了紊流动量方程.针对恒定均匀流的特点,对动量方程进行了简化,沿水深方向积分并引入参考量,形成无量纲形式的基于多孔介质理论紊动水流控制方程,进而对其求解给出了水深平均纵向时均流速分布的分析解.研究表明,在不同水流条件下的二次流强度系数具有相同的数量级.为验证分析解的正确性,在实验室采用MicoADV测量了部分植被化矩形河槽水流的流速分布.数值解与实验资料和日本学者的相关实验资料的对比表明,该方法可以准确预测部分植被化矩形河槽紊流水流的水深平均流速分布.

堆积体对上游附近河道三维流速分布影响的试验研究

堆积体的存在易对河道的水流流速产生影响。通过水槽试验,采用ADV观测堆积体附近的三维流速。通过控制流量大小,研究堆积体作用下河道三维流速沿堆积体上游临近横断面的分布规律。试验结果表明:(1)流量相同时,流速受堆积体形态影响。离河床越近,三维流速沿横断面的分布曲线:顺水流方向流速u的趋势线越陡,指向右岸一侧流速v和垂直河床向下流速w的峰值越向堆积体在横断面的投影线靠近。v由天然情况下趋于0的直线变成离河床越近,流速峰值越大,两岸流速越小的下抛物线。w在河床附近,曲线呈"勺子"形态,远离河床,曲线失去"勺子"形态。(2)随着流量增加,同一流层上,u流速增大,流速沿横向的分布越不均匀,曲线越陡。u流速方向和v流速方向的夹角θ,在离左岸(堆积体一侧)大约1/2堆积体半径时取得最小值。离左岸越远θ值越大,直至离左岸45 cm后θ才恢复天然值90°。研究成果可为河流防护和治理工作提供技术支撑。

基于声学多普勒流速仪测流的断面流速分布研究

选择泾河、射阳河闸2个水文站的走航式声学多普勒流速仪测流数据,进行测流断面上的垂向、水平层流速分布及垂向平均流速的横向分布研究。研究结果表明:对于顺直河段,垂线点流速分布基本符合理论流速分布;对于受感潮影响的测流断面,相对流速脉动和均化影响较大,难以找到流速分布规律。通过基于断面流速分布特点的断面有效测速单元确定,可以为测速垂线和垂线上测速点的布设、固定式声学多普勒流速仪安装位置选择等提供技术支撑。

宽窄相间河道上游流速特性分析

山区河道受地质和河床演变的影响,平面形态呈宽窄相间的形态特征。采用水槽模型试验,建立不同比例的宽窄相间河道模型,对上游断面进行流速测量,对比均匀流分析其流速变化规律,并反算其摩阻流速。结果表明:宽窄相间河道上游较远处流速分布基本符合对数流速分布规律,接近收缩段处不符合对数流速分布规律;宽窄相间河道横向流速分布符合指数分布规律,其横向流速分布参数与摩阻流速呈规律性变化,与宽窄比及距收缩段的距离有关。研究成果可为宽窄相间河道工程整治提供理论参考。

沙棘植物对水流表面流速横向分布影响的PIV野外试验

河渠中植被可以增大水流阻力、雍高水位并改变水流的横纵向流速分布。应用先进的PIV技术,在野外大型试验场,开展了沙棘柔性植物对水流特性影响的野外试验。根据实验数据,本文分析与讨论了沙棘柔性植物对水流表面流速沿横向分布的影响。分析表明,在恒定非淹没流作用下,无沙棘植物的对比段表面流速横向分布符合对数型顺"流舌"的光滑型态,沙棘柔性植物丛内的表面流速沿横向则呈现出反"流舌"型态,并沿整个断面的分布并不光滑,表现出沙棘植物对水流明显的阻力效应。在流出柔性植物后的对比段中,流速沿程增大,沿横向分布也开始逐渐恢复到无植物时的状态。这些对于研究河道植被阻力及滞流拦沙能力都有重要意义。