基于Flow3D的溢洪道增设联合消能体水力特征影响研究

为研究苏北水利枢纽溢洪道增设收缩墩结构下水力特性影响,采用UG完成溢洪道建模,并借助Flow 3D完成收缩墩截面长边不同方案的流场三维计算。长边超过4 m后,消能池内水位增幅较小,平均增幅仅为5.2%,池内断面水位呈递增状态,但以长边参数低于4 m方案内增幅显著,且超过4 m方案内水位波动性较大。长边4 m方案下压强水平为最高,且沿程断面压强增幅最大也是该方案,改变收缩墩截面尺寸,仅影响消能池压强量值,对消能池内压强分布影响较小。长边参数与流速水平为负相关,但降幅集中在长边2~4 m梯次,最大降幅达24.1%,峰值流速均位于断面24 m处;长边超过4 m后,流速具有阶段性波幅。综合溢洪道水力特征影响特性,认为收缩墩截面长边为4 m设计最优。

堵塞对复合垂直流湿地水力特征的影响

复合垂直流人工湿地系统(IVCW)堵塞后其水力特征会发生变化,通过示踪剂对小试和中试系统堵塞前后的水力特征进行了研究。结果表明,堵塞后IVCW出水流量减小,小试系统实际停留时间由堵塞前21.3h延长至32.5h,中试系统实际停留时间从19.4h延长至26.8h。IVCW堵塞后容易造成下行池表面积水,既恶化了卫生条件又降低了系统的处理能力。

ABR反应器的水力特征研究

采用LiCl示踪法对厌氧折流板反应器(ABR)在不同条件下的水力特征进行了研究。结果表明,ABR是一种各格室趋于CSTR流态而整体趋于推流流态的复合流态反应器。进水有机物浓度及HRT对水力流态均有影响,而前者为主要因素。进水有机物浓度越高则各格室的混合流态越好,ABR可在较低的上升流速下运行。当各格室去除有机物量相同时,HRT越长则其混合流态越趋于CSTR流态。进水底物浓度较低时,反应器的分格数宜控制在3～4格;进水底物浓度较高时,宜将分格数控制在6～8格。

钠盐离子对黏性红壤水力特征的影响及其模拟

通过一维水平土柱入渗模拟试验,研究了不同质量浓度钠盐溶液下红壤水分运移特征,并确定了水力参数。结果表明,Kostiakov模型可以很好地描述累积入渗量与时间的关系,且累积入渗量与钠盐质量浓度负相关;湿润锋与时间呈良好幂函数关系,湿润锋推进速度随钠盐质量浓度的增加而减慢,土柱中含水率和土壤扩散度有减小趋势;黏性红壤土水入渗特征在钠盐质量浓度5-10g/L之间存在拐点。

西北旱地苹果细根分布及水力特征对长期覆膜的响应

为探明陇东旱塬雨养农业区长期覆膜保墒措施对苹果细根形态、构型、解剖性状、土壤物理结构的影响,以18 a(长富2号/山定子)为试材,采用土壤剖面法系统调查清耕(CK)、覆膜2 a(2Y)、覆膜4 a(4Y)、覆膜6 a(6Y)根系空间分布,并对细根生物量、根长、表面积、分支数、导管直径、导管数量等进行测定,对根系水力特征指标进行计算,同时对表层土壤(0—20 cm)、亚表层土壤(20—40 cm)的含水量、容重、孔隙度、土壤质地、压实密度等进行测定、分析,探索不同覆膜年限细根生长分布、解剖结构、水力输导能力的空间异质性;并采用主成分分析,提取覆膜影响细根水力特征的主要因子,探索应对根际土壤物理退化的苹果细根生长适应策略调整。结果表明,(1)覆膜促进黏粒、物理性黏粒在亚表层土壤中的沉积,分别为表层土壤的102.29%、101.64%、102.72%,115.64%、115.58%、114.21%,导致容重、压实密度升高,有效孔隙(毛管孔隙、通气度)降低,亚表层土壤呈现不良结构。(2)覆膜处理以促进分支的方式提高表层土壤(0—20 cm)细根生物量积累、吸收功能表达,抑制亚表层土壤(20—40 cm)细根分布,并降低根系活力。随着覆膜年限的增长,根系削弱系数下降,表现为根系集中分布层逐渐上升,以6Y处理最为显著(P<0.05),50%根系集中分布于20.47 cm土层范围内。(3)短期覆膜(2Y)细根解剖结构与土壤水分含量呈极显著相关,形成较小直径、发达疏导组织的细根,采取增大导管管径、提升导水效率的快速吸水、输水、粗放式用水策略,并有效拓展细根分布范围,提高资源利用率。(4)随覆膜年限增加,细根解剖结构与土壤含水量无显著相关,与土壤物理特性的相关性增大。6Y亚表层土壤呈“隐性”退化,细根优先调节抗逆能力、输水安全性与有效性,而后改变轴向输水能力,以调节水力特征表达。形成导管内径、管壁厚度较大的细根,采取增大输水安全性的保守型用水策略。促进表层土壤根系生长,降低导管内径、管壁厚度,较大根长与旺盛分支形成“密集型”根系网络。

神经网络模型在根系带土壤水力特征参数空间变异性研究中的应用

经相关分析研究区内各空间点的土壤水力特征参数与土壤物化参数具有统计相关关系、各空间点的土壤水力特征参数之间也有空间相关关系。因此利用学习速率和动量因子自适应的BP神经网络模型,以影响土壤水力特征参数的因子集(土壤物化特征参数)和能反映土壤水力特征参数空间分布特性的各采样点坐标作为输入层节点信息对土壤水力特征参数进行区域估值,并研究其空间变异性。

裂隙岩体水力特征数值模拟试验的初步结果

本文利用文献中的数据进行数值模拟试验，结果表明：流量等效和渗透作用力变形效果等效互不包容；不同级别结构面体系难以用连续介质方法处理，同级别结构面体系在工程作用力变化范围内，可由其静态水力特征推演动态特征；工程岩体结构面间充分连通的假设过于粗糙，常规试验手段获取的量值倾向于局部特征的反映。

长江嘉陵江交汇口水力特征研究

在原型实测资料和模型试验成果基础上，研究了长江嘉陵江交汇口的水力特征。结果泰明，干支流汇流比是控制两江交汇点位置和支流入口回流（分离）区宽度的主要因素。合凉掺混区水面坡降与干流流量和干支流汇流比有关，交汇口上游干流段水面坡降取决于支流顶托影响和滩槽地形的非线性作用。

天然河湾水力特征与悬沙输移的关系

选取来家铺弯道3个断面为研究对象,分析了河湾内水力特征参数(平均水深、平均流速、流量、弗劳德数)与悬沙浓度及断面输沙率的关系,探讨了无量纲参数宽深比、宽径比与悬沙浓度、输沙率的关系及相关性。结果表明:弯道平均水深、平均流速及流量越大,悬沙浓度及断面输沙率也越大,弗劳德数与弯道悬沙输移则无明显规律;宽深比、宽径比与悬沙浓度、悬沙输沙率并非简单的单值关系且规律性不强;弯道进口断面水力特征与悬沙输移的相关系数由高到低依次为流量、宽深比、宽径比、平均流速、平均水深及弗劳德数,弯道内断面水力特征与悬沙输移的相关系数由高到低依次为流量、平均流速及平均水深,但弗劳德数、宽深比及宽径比与悬沙输移的相关程度很弱或负相关。

考虑地下水水力特征的自重应力计算

以有效应力原理为依据 ,系统论述了地层中具有不同水力特征的地下水时自重应力的计算方法 ,澄清了自重应力计算中的一些模糊认识。

废水深度处理反应器混合单元水力特征研究

采用脉冲示踪剂法研究了作为废水深度处理反应器的三种内部混合单元(气混单元、折流板单元和气混叠加折流板单元)的水力特征,结果显示:气混单元搅动剧烈,流体混合充分;完全混合反应器串联数N从1.230到1.808,反应器水力流态偏向全混流。0.60L/min和0.06L/min的悬殊气量对比说明小气量也能保证混合效果。使用反应器折流板单元,完全混合反应器由串联数N从3.311到3.776,反应器水力流态偏向平推流。气混叠加折流板单元的水力流态介于单独气混和单独折流板之间,其水力流态更偏向于全混流,N比气混单元明显增加。

种植年限对渭北旱塬苹果园土壤孔隙结构及水力特征的影响

为研究不同种植年限对苹果园土壤孔隙结构及其土壤水力特性的影响,采用时空转换的方法,选取渭北旱塬2 a、13 a及33 a苹果园开展土壤结构与水力特征测定,利用压汞法获取原状土壤孔隙结构特征。以20 cm及40 cm为界将果园0~100 cm土壤划分为耕作表土扰动层、潜在犁底层与心土层。结果表明:渭北旱塬苹果园20~40 cm土壤容重较高、导水能力差且水分对作物有效性较低,有形成犁底层的可能,且随植果年龄增加果园土壤容重呈增加趋势;同一果园中大孔隙(>75μm)与中孔隙(30~75μm)土壤百分含量最大值出现在表土层,占比分别为7.63%~10.32%及10.94%~13.14%;微孔隙(5~30μm)土壤最大百分含量出现在心土层,占比为30.60%~47.85%;极微孔隙(0.1~5μm)与超微孔隙(<0.1μm)土壤含量最高值出现在潜在犁底层,占比分别达37.36%~52.55%及13.15%~19.08%。在频繁受到耕作扰动的表土层,2 a、13 a及33 a果园土壤之间各级孔隙占比非常接近;在不易受到耕作扰动的心土层,大孔隙与中孔隙土壤都表现出随耕作种植年限的增加而增加的趋势。土壤容重与其大孔隙含量呈显著负相关,与超微、极微孔隙土壤含量呈正相关,饱和导水率与容重呈显著负相关;5~30μm微孔在土壤的导水及持水方面均有重要作用,其比表面积与田间持水量呈显著正相关,其孔体积分数与饱和导水率呈显著正相关;VG模型参数n与土壤大孔隙及中孔隙含量呈显著负相关。随耕作种植年限增加,果园土壤有机质含量每5 a降低0.425 g·kg^(-1),田间持水量每5 a降低0.8%cm^(3)·cm^(-3)。研究建立的土壤水力参数回归预测模型可为苹果园高效用水提供参考。

山区河流阶梯—深潭结构水力特征数值模拟

为了探究阶梯—深潭结构在不同流量工况下的消能机理,采用紊流数值模拟方法分析研究了阶梯—深潭结构紊动能、紊动能耗散率、流场结构、潭底压力强度等主要水力参数。结果表明,随着流量的增大,平均紊动能耗散率不及平均紊动能增加速率快,验证了阶梯—深潭随着流量的增加消能率会有所下降;小流量工况下深潭内环流区明显,增大了水流滞留潭区时间,能量耗散效果较优;大流量工况下流量的增加促使结构发生自适应调整,水深加大,形成水垫及漩滚耗能,水流阻力增大且维持潭底压差分布趋于平稳,削弱了主流对河床的直接冲刷,有利于河床稳定。

基于HYDRUS-2D软件的土壤水力特征参数反演及间接地下滴灌的土壤水分运动模拟

间接地下滴灌是一种能有效减少地表蒸发、提高水分运输效率的新型滴灌方式。虽然土壤水分运动模拟已成为优化滴灌的重要工具,但由于土壤水力特征参数难以确定,模拟结果往往不够精确。为此,基于室内间接地下滴灌实验数据,利用HYDRUS-2D软件对土壤水力特征参数进行反演尝试,并探究边界均匀出水时,不同规格(直径、高度)的间接地下滴灌导水装置下形成的土壤水分分布差异。结果表明,HYDRUS-2D软件能有效地反演土壤水力特征参数,用反演参数模拟的土壤含水量和湿润距离与实测值吻合良好,基于3个反演参数和4个反演参数的模拟效果差异不大,计算模型的纳什效率系数分别为0.716和0.714。灌溉时不同直径、相同透水边界高度的装置对侧边和底部的含水量分布影响不大,而相同直径、不同透水边界高度的装置对侧边和底部的含水量分布影响较大。研究结果可为间接地下灌溉时导水装置规格的选取与农业水分精准管理提供科学依据。

泄洪闸门结构体型对水力特征与水沙演变影响研究

为研究泄洪闸门压杆支臂结构体型对泄流口水沙特征影响效应,利用Fluent开展了不同开度下三种压杆支臂结构体型的水力特征计算。泄流口断面水位呈“上、下游稳定,过闸口陡降”的态势,四压杆支臂结构过闸口水位降幅最显著,且在上、下游稳定段中其波幅也是最大,开度增大,泄流口水位增长。面板压强最低为双压杆支臂体型闸门;开度增大,面板压强降低。运营年限愈长,断面含沙量愈高,运营年限每增长100d,无压杆、双压杆、四压杆支臂闸门断面含沙量平均增长23.3%、16.7%、19.2%;无压杆、四压杆式支臂闸门断面含沙量变化呈阶段增幅效应,但双压杆支臂体型闸门断面含沙量增长稳定,断面每20cm平均增长5.3%。

基于COMSOL与MIKE21下钢闸门静力场及水力特征影响变化研究

为研究拟建北江水利枢纽弧形钢闸门结构主梁设计体型,采用COMSOL与MIKE 21开展静力特征与水力特征分析。交点部位拉应力受腹板高厚比影响分别具有阶段性变化区间,以高厚比55为转折变化节点,而压应力受高厚比参数影响敏感较低。闸门结构中以Y向位移最大,且各向位移随高厚比均为递减变化,当高厚比值每增大10时,X、Y、Z向最大位移分别平均减少14.3%、15.4%和15.1%,但降幅集中在高厚比值25~55区间方案中。高厚比不论过大或过小,均会导致断面流速起伏较大、阶段性失稳等,高厚比45、55方案下过闸水流稳定,断面平均流速分别稳定为0.33、0.35 m/s。综合静力特征与水力特征表现认为,主梁腹板高厚比参数值55为最优方案。研究成果可为闸门支撑结构静力分析与水力特征计算提供一定参考。

极限蓄水深度条件下水库堤坝内的水力特征研究

小型水库对局部地区的水量储存和供应有着关键作用,依托小型水库的蓄水工程,主要通过Geostudio软件对极端蓄水水位条件下,堤坝内的渗流特征进行数值分析,研究堤坝内的水力特征,讨论堤坝内总水头的变化特点。主要得出以下结论:(1)堤坝的压力水头变化整体呈现出:上部压力水头较小,下部压力水头较大。(2)堤坝总水头变化整体呈现出:左侧总水头较大,右侧总水头较小。(3)堤坝内水头沿着竖直Y方向近似呈现出“S”型变化,沿着X方向近似呈现出直线型变化。

斜交涵洞水力特征研究

在900余组次水力模型试验的基础上,对现行铁路八字翼墙进口盖板箱涵及拱涵定型图正交和斜交涵洞水力特征值选用的可靠性及合理性进行了验证;对涵洞设计中采用的计算方法提出了修改建议;提供了涵洞水力计算方便可行的经验公式;讨论了自行设计的斜交涵洞与定型图正交涵的关系。