坡面流水力学参数对团聚体剥蚀程度的定量影响

土壤团聚体作为径流搬运过程中的基本结构单元,其在径流运移中的剥蚀破坏影响着坡面径流入渗状况、泥沙含量及地表侵蚀过程的强度。利用变坡试验水槽,在不同流量(0.4～1.2 L/s)和坡度(8.8%～46.6%)范围内,详细分析了流量、坡度、径流水深和阻力系数对鄂南两种典型母质发育红壤团聚体剥蚀破坏的定量影响。研究结果表明,流量和坡度对两种母质发育红壤团聚体的剥蚀影响都是极显著的,坡度对两种红壤团聚体的剥蚀破坏影响均大于流量;不同流量和坡度组合下的团聚体剥蚀破坏变化规律不同,利用流量和坡度的幂函数可以准确地预测团聚体剥蚀程度;在两种水力学参数之间,团聚体剥蚀程度随着径流水深的增加而降低,随着阻力系数的变大剥蚀程度增加。

坡沟系统坡面径流流态及水力学参数特征研究

利用变坡度坡沟系统概化模型和人工模拟降雨试验,定量分析了在60、90和130 mm/h降雨强度下坡沟系统坡面径流流态及水力学参数特征。结果表明,上方汇水和降雨强度的增大使坡沟系统水流雷诺数和弗劳德数呈明显增大,水流流态由缓流演变为急流,坡面水流阻力系数明显减小,从而使坡沟侵蚀产沙量显著增大。

地表糙度与径流水力学参数响应规律模拟

为了明确地表糙度与坡面径流特征及其水力学参数之间的相互作用,通过模拟人工锄耕、人工掏挖、等高耕作和对照组直型坡等4种不同糙度的地表,在室内模拟降雨条件下,对不同糙度坡面上的径流特征和水力学参数(雷诺数、弗劳德数、阻力系数和水流剪切力)以及降雨前后地表糙度的变化进行了测量与计算。结果表明,雨前雨后各措施坡面的地表糙度为:等高耕作>人工掏挖>人工锄耕>直型坡。相同雨强和降雨历时下,不同糙度坡面其径流特征差异显著。初始地表糙度越大的坡面,径流越容易稳定在层流状态;反之,径流越倾向于往紊流发展。对人工锄耕、人工掏挖、等高耕作3种耕作措施来说,在相同雨强和降雨历时下,初始糙度越大的坡面,其断面流量、径流量和产沙量越小。坡面初始地表糙度越大,径流阻力系数也越大,但坡面径流的雷诺数、弗劳德数和径流剪切力则越小,径流对地表糙度具有减小作用,雷诺数和水流剪切力越大,径流对地表糙度的减小作用越弱。研究结果为深入理解坡面地表糙度与其水文特征之间的相互作用提供参考。

泄滩滑坡碎块石土饱和与非饱和水力学参数的现场试验研究

碎块石土由于块石含量较高,块石粒径较大,其水力学参数的确定具有一定困难。首先,采用双套环法对三峡库区泄滩滑坡的滑体碎块石土饱和渗透系数进行了原位试验,并根据土层孔隙率、颗粒级配等因素采用相关经验公式对试验结果进行了分析。其次,结合使用张力计和体积含水率仪对其土水特征曲线进行了现场模拟试验,并采用Fredlund模型对试验结果进行了拟合分析。最后,根据土水特征曲线和饱和渗透系数,采用经验公式估算了其非饱和渗透系数。试验及分析表明,该滑坡的碎块石土层的饱和渗透系数为(1.78～3.2)×10-2 cm/s,为强渗透性;材料的细颗粒含量越少,有效粒径及控制粒径越大,不均匀系数越小,相应的渗透系数越大。相关研究成果可以为泄滩滑坡非饱和非稳定渗透计算提供参数依据,并对同类型土体非饱和水力学参数的确定具有一定的借鉴意义。

草被覆盖下坡面径流入渗过程及水力学参数特征试验研究

利用人工模拟降雨试验,定量研究了在90 mm/h降雨强度下20°陡坡面不同被覆条件下(80%,60%,40%,20%)苜蓿草地的产流产沙入渗变化规律,分析了草地侵蚀产沙的水力学参数特征。试验结果表明,不同草被覆盖条件下草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着草地覆盖度的减小而增大。随着草被覆盖度的增加,坡面径流量呈减小的趋势,草地入渗率呈增加的趋势,草被坡面径流量和入渗率呈明显负线性相关。分析了不同草被覆盖条件下草地的坡面水流平均流速、水力半径、雷诺数、弗罗德数和阻力系数特征,从水力学角度揭示了不同覆盖度草地的拦沙效应。

草被覆盖度对坡面流水力学参数的影响及其减沙效应

为研究坡面生物措施减蚀作用,利用试验土槽和放水冲刷方法,探讨不同流量、覆盖度条件下坡面流水力学参数的特征,以及草被拦沙效应。结果表明,有草被覆盖的坡面薄层流的流态基本上呈过渡流和紊流;坡面流的弗劳德数与雷诺数分别为0.27～2.04和326～1538,阻力系数为8.30～16.29,且随着流量的增加,草被覆盖度对这些参数的影响减弱;与裸坡相比,30%和70%覆盖度坡面水流平均流速降低25%和47%,草被具有显著的减沙效应,但随着流量的加大,草被对坡面流的阻滞作用呈下降趋势。

构建湿地系统水力学参数的设计模型研究

构建湿地污水处理系统的水力学参数对于其功能的发挥起着非常重要的作用。在探讨构建湿地主要水力学设计参数的基础上,根据描述构建湿地污染物去除的几类机理模型:一级动力学模型、连续完全混合反应器模型、Monod动力学模型、Ergun公式以及对流-弥散模型,分别导出了相应的构建湿地污水处理系统水力学设计参数的计算模型并分析了不同设计模型的特点。

离心泵流动噪声与其水力学参数关系的实验研究

应用基于四端网络的流动噪声测量方法,在专用的实验系统上,对离心泵流动噪声与其水力学参数的关系进行实验研究。实验结果表明:离心泵泵轴转速是影响离心泵流动噪声的最主要因素,它们之间总体上呈线性对应关系;离心泵出口压力对其流动噪声具有一定的影响,在标准工况处声压级最低。本文最后对流动噪声的成因进行了一定的分析,提出了原则性的噪声控制方法。

细沟侵蚀过程与细沟水流水力学参数的关系研究

利用供沙土槽和试验土槽的双土槽径流小区 ,定量研究了在不同降雨强度下上方来水来沙对陡坡地细沟侵蚀产沙过程和细沟水流水力学参数的影响及其细沟水流水力学特征参数与细沟侵蚀产沙量的关系。结果表明 :坡面细沟侵蚀过程以侵蚀—搬运过程为主 ,坡上方来沙不仅被径流全部搬运 ,且上方来水在坡下方引起了另外的侵蚀产沙量 ,其值随上方来水含沙量的减少和降雨强度的增加而增大。上方来水的汇入或降雨强度的增大可使细沟水流流态由层流转化为紊流。上方来水对细沟水流水力学参数 (流速、水力半径、雷诺数、弗劳德数和阻力系数 )有重要影响。定量分析了细沟水流水力学特征参数 (流速、雷诺数和阻力系数 )与上坡来水引起坡下方净侵蚀产沙量的关系 ,建立了净侵蚀产沙量与细沟水流流速、雷诺数和阻力系数统计模型。

新型磨料水射流钻头岩石钻进过程关键水力学参数研究

喷嘴直径、泵压、磨料浓度是磨料水射流辅助岩石钻进技术的关键水力学参数,这3个因素直接影响磨料射流的冲孔速度,从而影响磨料水射流钻头的破岩效率.通过理论分析建立了冲孔速度与关键水力学参数的关系式,并进行了磨料射流冲蚀灰岩试验.理论分析和试验结果表明:喷嘴直径对冲孔速度影响最大,其次是泵压和磨料浓度的影响.对试验数据进行回归分析,得到了方便现场应用的冲孔速度计算公式.本文的研究成果为新型磨料水射流钻头岩石钻进速度的选择提供了依据.

坡面流水力学参数的估算

径流流量、流速、水深以及地表坡度是水动力学特性的重要参数,且相互关系密切。采用水槽试验,研究分析了径流水深、流速与流量、坡度的相关关系。结果显示,径流流速随坡度和流量增加,呈幂函数形式递增,相关系数R2为0.92;水深随坡度的增加,呈线性递增趋势,随流量增加,呈幂函数递增趋势,其相关系数R2为0.98;对关系模型进行检验发现,它们都具有很好的估算效果。

上方来水来沙对细沟水流水力学参数的影响

利用供沙土槽和细沟土槽双土槽径流小区系统 ,定量分析了粘黄土陡坡地在 5 0、90和 1 30mm h降雨强度下上方来水来沙对坡下方细沟水流水力学参数变化的影响。结果表明 ,上方来水的汇入和降雨强度的增大 ,可使细沟水流流态由层流转变为紊流。上方来水来沙使细沟水流的流速、雷诺数、弗罗得数明显增大 ,而阻力系数明显减少 ,从而导致细沟侵蚀产沙量增大。定量分析了细沟水流流速、雷诺数和阻力系数与上坡来水引起坡下方净细沟侵蚀产沙量的关系 ,建立了一定条件下净细沟侵蚀产沙量与流速相对增量。

基于支持向量机的土壤水力学参数预测

为了分析支持向量机在土壤水力学参数预测方面的效果,应用支持向量机构建用于预测土壤水力学参数的土壤传递函数,以土壤粒径分布、容重、有机质含量等土壤理化性质为输入项,分别预测土壤饱和导水率、饱和含水率、残余含水率,以及van Genuchten公式参数的对数形式。结果表明预测值和实测值不存在显著性差异,用支持向量机预测土壤水力学参数是可行的。不同输入项处理的预测分析表明,输入项为粒径分布、粒径分布和容重、粒径分布和有机质含量3种情况的预测效果差异不明显,而输入项为粒径分布、容重和有机质含量时预测效果优于前3种情况。支持向量机在预测土壤水力学参数方面的效果要优于多元线性逐步回归模型,而与BP神经网络模型相比不具有明显好的预测效果。

汶川震区滑坡堆积体土石混合坡面土壤侵蚀率与水力学参数关系室内模拟

将采自汶川震区滑坡堆积体的土石混合物分别过2mm,7mm筛网,留取粒径〈2mm的土壤和2-7mm的碎石,按质量重新配成全土,石土比1∶3,1∶2,1∶1的土石混合体,在不同坡度、不同流量条件下进行室内冲刷试验,由此探究土壤侵蚀率与水力学参数的关系。结果表明：全土条件下,坡面土壤侵蚀率随流速增加而减小,而含碎石条件下的总体趋势则表现为土壤侵蚀率随流速增加而增大;冲刷试验水流雷诺数均远大于500;除石土比1∶2条件下的冲刷外,全土,1∶3,1∶1条件下坡面土壤侵蚀率均与水深、雷诺数呈正相关;全土及石土比1∶1条件下的坡面土壤侵蚀率随弗汝德数的增大而减小,其他条件下的冲刷结果反之;土壤侵蚀率与阻力系数、曼宁系数的拟合性,除了全土条件下的拟合性较好外,其他条件下的冲刷拟合性稍差,其中规律性不强。本研究旨在运用室内冲刷试验,在不同流量、不同坡度、不同石土比条件下,建立土壤侵蚀率与水力学参数的关系,为今后对汶川震区滑坡堆积体的深入研究提供参考依据。

水力学参数在资料缺乏区河流生态保护中的应用

本文在总结不同尺度河流栖息地水力学表征参数的基础上,以南水北调西线工程水源区雅砻江甘孜河段生态保护为例,从中观尺度栖息地保护角度,依据长系列流量资料和水文站断面资料,探讨了少资料区生态水力学指标的获得方法,以及水利工程建设对该河段鱼类产卵的影响,本方法为资料缺乏地区水生态环境保护提供了思路,为水利工程生态调度研究提供参考。

北京市永定河冲洪积扇砂砾层非饱和水力学参数估算

文章通过测定北京市永定河冲洪积扇砂砾层水分特征曲线,采用VG模型估算砂砾层的非饱和导水系数、比水容量和扩散率等水力学参数,建立了基质势(吸力)和各参数之间的关系。实测含水量和计算含水量的比较验证结果表明,所建立的计算公式可以用来估算永定河冲洪积扇砂砾层的非饱和水力学参数。这些参数是北京市地下水运动和污染物质运移模拟的基础数据。

利用溢出量数据确定非饱和土-水力学参数

在Wei&Muraleetharan基于非饱和土两相流交界面上的动态相容条件提出的多孔介质热动力学混合物理论模型基础上,推导出能描述溢出量与时间关系的溢出量演化方程。根据溢出量演化方程,结合一定变化规律的基质吸力序列,建立了给定基质吸力序列作用下利用多步流动试验瞬态溢出量数据确定非饱和土-水力学参数的方法。通过对低液限粉土、低液限黏土的多步流动试验研究发现,利用瞬态溢出量数据的拟合来确定非饱和土-水力学参数的方法而得到的各基质吸力作用下试样饱和度和渗透系数预估值,与联合测试系统测得的各基质吸力作用下试样的饱和度及渗透系数接近。

反渗透组件水力学参数的研究

本文介绍了反渗透组件及其盐水流道材料，产水流道材料的水力学性能研究结果。

动态多步流动法预测非饱和土水力学参数

选取4种具有代表性的土样,运用Wei和Muraleetharan提出的饱和度随时间的演化方程对其进行动态多步流动试验,来预测其非饱和土的水力学参数。以平衡态法的试验结果作为参考标准,将预测结果与其相比较发现:在砂土与粉土的试验中,试样饱和度较大时两者偏差较大,这是由于试验采取的3 Bar陶土板的渗透系数与砂土和粉土的渗透系数相差较大,导致孔隙水不能被及时排出。粉质黏土的预测结果与平衡态试验结果非常接近,说明该方法对粉质黏土的预测非常有效。由于受到实验设备与陶土板规格的限制,黏土的预测范围偏小,但是预测结果较为理想。通过平衡态实验发现,4种土样的土水特征曲线均为典型的"S"型曲线,以进气值与残余饱和度为分界点可将其分为三部分。动态多步流动试验根据该三个部分来确定试验的吸力增量与吸力步长,并给出了合理的值。

人工湿地生态工程水力学参数的设计

中国水资源缺乏,水污染严重,传统的活性泥法投资高,耗能大,去除氮、磷等营养物质的能力差,出水仍有可能引起水体富营养化。湿地生态工程利用"基质-植物-微生物"的联合作用机制,高效处理污染水体。从湿地表面积、水力负荷、水力停留时间、水力坡度和水力传导性等方面,对湿地生态工程的水力学参数设计进行了研究,并分析了湿地水位、基质选择和湿地植物的优选对人工湿地处理效率的影响,指出湿地生态工程存在的局限性以及研究方向,为湿地生态工程的设计提供借鉴。