跌水跌井设计方案复核及优化措施

为论证引江济淮工程(安徽段)菜子湖段跌水跌井布置形式合理性及消能效果,进而评价河道交汇水流对船舶运行安全的影响,文章通过跌水跌井消能效果和汇流口水流通航条件等两个方面的问题,采用三维数值模拟为主,结合理论分析方法,分析典型跌水跌井初步设计方案的合理性及可能存在的问题,对设计方案进行复核并优化结构物布置形式,改善了跌水跌井泄流和河道通航安全性能,为类似跌水跌井体型设计和施工提供参考依据。

倒虹吸进口处的水壅水跌及进口管内水跃处理

分析了在通过比设计流量大和小的流量时倒虹吸进口分别发生水壅和水跌的原理,推出了最大流量和最小流量时水壅水跌的大小。对最小流量情况下进口水面跌落在管内形成的水跃对管道的影响及为消除水跃而采取的工程处理措施进行了定性和定量的论述。对倒虹吸进出口设计具有普遍的指导作用。

基于跌坎压力自相似分布的明渠水深−流量关系推求

明渠流量计量是高效灌溉、合理分配水资源和进行用水有效管理的重要手段。跌水是常见的明渠水流上下游衔接的水利设施。当跌落水流不受跌坎下游水流影响时形成自由跌流,可用于明渠流量的精确计量。受自由跌流影响,跌坎断面水流由缓流向急流转变,压力分布显著偏离静水压力分布规律。而获得跌坎压力分布及其准确描述方程则正是明渠自由跌流流量公式推求的关键,其准确与否决定了利用跌流进行流量计量的精度。本文首先通过模型试验和数值计算对矩形明渠自由跌流的断面压力分布特征进行研究,而后利用理论推导建立了明渠跌流的水深−流量关系公式。研究发现,明渠跌水跌坎断面压力呈典型自相似分布规律,其无量纲压力值分布倾向于一条曲线,压力最大值为0.238he(he为跌坎水深),出现在竖向距跌坎0.209he水深处,并且压力自相似分布规律与明渠流量、渠道底坡和边壁糙率无关。在此基础上,结合幂函数和尾迹函数提出了描述跌坎断面压力分布的函数方程,并给出了最大压力和最大压力位置的计算公式,然后根据动量方程和流量连续方程推求了明渠自由跌流的流量计算公式。最后,对本文和其他研究者提出的流量计算公式采用试验数据进行了对比分析,结果表明:本文提出的流量公式在明渠流量为5~100 L/s,底坡为–0.0112~0.0534、糙率为0.0930~0.0193的研究范围内,具有更高的精度和适用性,计算误差在±5%之内,可适用于该流量、底坡和边壁糙率范围内矩形明渠自由跌流的流量精确计算。本文研究结果对于利用自由跌流进行明渠流量计量提供了理论与技术支撑,具有重要的工程应用价值。

明渠自由跌水水力特性及其在流量计量上的应用

【目的】明渠跌水作为衔接渠道上下游水流的有效设施,可应用于明渠流量计量,通过简单测量跌坎断面水深即可实现渠道流量的精确计量。为研究明渠自由跌水水力特性及其在流量计上的应用,【方法】采用分析对比法将国内外明渠自由跌水的研究成果进行整理,从自由跌水水力特性、跌水量水试验研究及理论研究3个方面进行了对比分析,【结果】发现明渠自由跌水水力特性的研究多集中在跌坎断面压力分布;明渠跌水量水试验研究集中在he/hc的影响因素(渠道底坡S、糙率n、渠道宽度、渠道断面形式、弗劳德数等),该值可基于能量方程、动量方程、N-S方程及其他数值模拟方法得出。【结论】结果表明:试验中he/hc值在矩形渠道中基本是一个常数,但其他断面形式的渠道中该结论未得到验证;该值与明渠底坡S和糙率n有关,底坡方面的研究主要集中在缓坡(S=0.002 6~0.097 3)渠道,陡坡研究较少而平坡研究更少,糙率n的研究范围在0.009 3~0.045 0,但实际工程中n值变化较大。因此有必要在其他形式渠道上对he/hc值做进一步验证,并在更大范围内研究he/hc值与底坡S和糙率n的关系,这样更有利于明渠跌水量水技术的推广和应用。

污水处理厂反硝化深床滤池跌水复氧控制措施的工程实践

反硝化深床滤池一般为露天池体,污水在跌落过程中,与大气充分接触,会使滤池中溶解氧增加,而溶解氧是导致反硝化深床滤池碳源利用率低的一个主因。选取大清河流域某污水厂为研究对象,开展反硝化深床滤池跌水复氧控制的工程研究。通过检测反硝化深床滤池溶解氧、水温、碳源利用效率等变化情况,发现反硝化深床滤池全年溶解氧均处于较高值,且夏季溶解氧、碳源投加量均低于冬季。通过对反硝化深床滤池顶部加盖密封进行复氧控制的工程改造实践,冬季运行结果表明,密封良好的加盖措施能有效控制滤池跌水复氧,滤池上层进水溶解氧由8.90 mg/L降至4.80 mg/L,且还具有一定的保温效果。污水厂在冬季运行时碳源投加量由191 mg/L减少至170 mg/L,平均每去除1 mg/L的总氮需投加碳源23.68 mg/L,碳源利用效率提高了约10%。

不同底坡矩形明渠跌水流量测算模型试验结果

对跌水测流的研究,主要集中在坡度和糙率对EDR(跌坎水深与临界水深之比)值的影响以及流量计算公式等方面。但也存在一些问题,比如缺乏针对负坡和陡坡渠道跌水的研究等。通过模型试验和数值模拟相结合的方法对不同坡度的矩形明渠自由跌水的EDR值以及流量公式进行了研究。结果表明:在明渠糙率n=0.009时,EDR值随着明渠底坡S的增加而减小,并给出了EDR与S及明渠单宽流量q之间的经验公式;EDR值随来流弗劳德数Fr0的增加而呈指数规律减小;通过理论推导给出了EDR与跌坎断面水流弗劳德数Fre之间的关系方程,并利用试验数据和数值计算结果对此关系进行了验证。

干支流垂直交汇下跌水工程下游通航水流条件优化

支流入汇往往对干流通航河道流场特性产生影响。在干、支流交汇口支流段上修建水利工程,需优化工程布置以改善其泄流对交汇区通航水流条件的影响。以引江济淮工程派河段某入汇支流跌水为研究对象,通过1∶50比尺物理模型试验,研究跌水泄流以90°角汇入干流时交汇区通航水流条件,提出跌水工程优化布置方案。结果表明:在原布置方案基础上,增大跌水出口段泄槽扩散角度至10°,沿出口扩散段对称布置二级分流墩,并将出口扩散段浚深2 m,在5年及20年一遇洪水工况时,通航水流条件得到显著改善,汇流偏流系数分别为1.13、1.20,交汇区最大横向流速分别为0.15、0.29 m/s,满足规范要求。研究结果可为类似跌水工程布置提供有益参考。

黑龙江省侵蚀沟连续式柳编跌水治理模式分析

连续式柳编跌水是利用柳条从沟头至沟尾连续编制柳跌水的一种成熟的侵蚀沟治理模式,具有施工工艺简单、造价低、植被恢复快、抗冲刷、防护效果好、后期养护要求低等优势。以拜泉县建国小流域侵蚀沟治理为例,介绍了连续式柳编跌水治理模式的适用范围与对象、模式组成及措施布设、设计要点,并进行了效益分析。

山地城市末端排水口跌水消能特性数值模拟研究

海绵城市建设过程中无法进行源头式减排时,通常在排水管末端区域设置公共雨洪控制设施(SCM)进行兜底,实现径流控制和污染物削减目标。由于山地城市排水口与水岸区域落差大,导致排水管出水流速高,易对SCM造成强烈的水力冲刷而影响设施的正常运行。基于重庆市主城排水口高落差地形特征设置的跌坎消能设施,采用FLUENT软件构建的数值模型对不同消能构型进行了水力过程模拟。结果表明,实心挡板跌坎消能设施(BD2)的消能率高达90%以上,且末端出水流速与进水流量无关,仅与单级跌坎高度有关;单级跌坎高度越高,水流受势能影响易在跌坎回水区形成水力涡流,并造成流速场在矢量方向上发生显著变化,使能量发生最大程度紊动耗散,最终导致水流在水平方向上的最大压强沿程降低而达到水力消能效果。

引江济淮工程江淮沟通段跌水工程群汇流口通航水流条件分级研究

对大型人工运河跌水工程群开展汇流口通航水流条件分级研究,可筛选出若干典型跌水工程作为重点研究对象开展数值模拟或物模试验研究,并为后续跌水工程群的全面通航安全评价提供技术支撑。跌水工程汇流口通航水流条件主要与汇流比、汇流角、流量、堰宽、干渠水深等量化影响因子及汇流口布置形式等相关,依据量化影响因子构建的通航水流条件复杂度分级评价指标可定量反映汇流口通航水流条件的复杂程度。采用最小-最大标准化法及K均值聚类分析法,依据评价指标将江淮沟通段跌水工程群分级为4个类别,再从全部50座跌水工程中筛选出18座通航水流条件复杂度较大、汇流口布置形式代表性较好的典型跌水工程作为重点研究对象,典型跌水工程在各汇流口布置类型中的分布较均衡。

跌水方式和水生植物对水体溶解氧含量的影响特征

为研究不同跌水方式和水生植物对水体中溶解氧含量(DO)的影响,探讨污染水体增氧技术,以期为黑臭水体的生态治理提供理论依据。通过设置多级台梯、瀑布和坡流3种跌水方式以及9种水生植物水培试验,测定各处理水中溶解氧含量。结果表明:(1)在高差为3m的跌水过程中,跌水增氧效果为台阶式>瀑布式>斜坡式,其增氧率分别为66.7%、20%、6.7%;(2)九种水生植物对水体溶解氧含量的影响从强到弱排序为:梭鱼草≈再力花≈水葫芦≈花叶芦竹>苦草≈美人蕉≈风车草>金鱼藻≈狐尾藻;(3)不同生活型植物根系泌氧能力为:沉水植物>挺水植物>浮水植物,水体中溶解氧含量受3种类型植物的生理学特性和生长周期、光照强度、温度等影响。

跌水曝气的空中和撞击复氧过程机理及能效分析

针对跌水曝气过程机理研究和工程中污水提升的能效分析不足,研究跌水承接体、跌水高度、布水方式对跌水曝气效果的影响。结果表明,在PVC平板、碎石、带孔平板、水体四种承接体中水体为最佳承接体,在跌水高度为0.5 m和1.0 m时,以水体为承接体的跌水复氧浓度分别为5.41±0.20 mg/L和6.03±0.06 mg/L。碎石和水体作为常用承接体,当跌水高度在0.2~0.8 m时,空中复氧显著,撞击复氧受抑制,在跌水高度为0.8 m处复氧浓度分别为4.91±0.27 mg/L和5.69±0.04 mg/L;当跌水高度在0.8~1.2m时,撞击复氧作用显著,在跌水高度为1.2 m处复氧浓度分别为5.52±0.25 mg/L和6.33±0.09 mg/L。在雨幕、水柱、原始堰板水幕、锯齿堰板水幕四种布水方式下,雨幕为最佳布水方式,在跌水高度为0.5 m时的复氧浓度为5.33±0.21 mg/L。构建了污水提升能耗与跌水曝气效果的能效数学计算模型,得到了的跌水曝气系统的供氧效率曲线,发现跌水供氧效率与跌水高度呈现非线性关系,最佳供氧效率出现在低跌水高度区0.3~0.7 m。

江淮沟通段杨大庄跌水水流入渠对通航影响研究

江淮沟通段河渠开挖切断现有的灌排水系,针对河道开挖深度大、汇入沟渠水位落差大的沟口,需布设跌水避免冲刷渠坡及消除横向水流对通航的影响。选取流量及跌差较大的杨大庄跌水工程(王桥小河J61+110)进行水工模型试验,验证各工况下,跌水水流入渠的流态、流速分布、消能、冲刷等情况,复核工程安全性及对通航的影响,为设计提供依据。

河道多级跌水水力特性三维数值模拟研究

以某河道综合整治工程为例,采用计算流体力学软件结合RNG k-ε紊流模型、VOF方法,对多级跌水水力特性进行了三维数值模拟研究,得到多级跌水、消力坎等部位水流流态、流速等,并计算了消能率。数值模拟真实呈现了河道多级跌水水流流态及流速变化规律,研究成果验证了工程设计方案,为工程设计提供了技术支撑。

河道置石跌水营造——以沁河郊野公园项目为例

将河道置石跌水设计作为研究对象,以沁河郊野公园项目为例,从设计理念、基础条件、位置及数量控制、结构做法、材料应用、效果呈现等方面探讨在河道生态修复过程中园林设计结合水利设施的做法,在保留生态本底基础上,保证跌水的结构安全和稳定性,以园林手法塑造置石跌水效果,从而整体提升滨水空间活力。

河床浅层地下水水源净水厂工艺设计

潜山县皖水水厂设计总规模5.0万m^(3)/d,一期设计规模2.5万m^(3)/d。水源近期采用皖河浅层地下水,远期采用下浒山水库地表水。净水厂采用跌水曝气、混合、絮凝沉淀、过滤、消毒的处理工艺。论文对该工程水源选择、取水工程设计、处理工艺选择及主要处理构筑物设计参数进行了介绍,对该水厂的设计方案、工程特点及工程效益进行了分析、总结。

生物生态技术处理农村生活污水案例分析

采用生物生态技术处理农村生活污水,将“化粪池+调节池+跌水复氧+水平潜流人工湿地+稳定塘”组合工艺应用于河南省灵宝市某村生活污水处理。连续运行中发现,该工艺具有较好的处理效果,COD、NH_(3)-N、TP等主要指标的平均去除率分别为72.8%、58.2%、55.1%,出水水质满足《河南省农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB 41/1820-2019)二级标准,经处理的污水进入稳定塘暂存,并进行资源化利用不外排。本工程可为相似区域农村生活污水处理的技术选择和运行提供参考。

厌氧/跌水充氧接触氧化/人工湿地处理农村污水

为了使太湖地区农村污水处理达到占地面积小、除磷脱氮效率高、管理简单、运行和建设费用低的目标,采用厌氧/跌水充氧接触氧化/人工湿地组合工艺进行了工程规模的试验研究。结果表明,在厌氧池水力停留时间为2 d、5级跌水充氧接触氧化池总水力停留时间为2 h、并采用50 cm/d的高水力负荷人工湿地的条件下,该组合工艺对COD和TN的平均去除率分别为81%和83%,对TP的平均去除率在进水TP>1.5 mg/L时达82%,在进水TP<1.5 mg/L时为72%。

处理农村污水的跌水充氧接触氧化技术设计研究

为了满足太湖地区农村污水处理占地面积小、除磷脱氮效率高、管理简单、运行和建设费用低的要求,研发了厌氧-跌水充氧接触氧化-人工湿地的组合工艺,并进行了工程试验研究。重点研究了跌水充氧接触氧化的设计及运行参数;接触氧化池内采取弹性填料与组合填料以1:1的比例混合装填,平面布置密度为45根/m2时,可使微生物量与跌水充氧能力之间达到平衡;相邻两池间经济有效的跌水高度为0.5 m;竖缝间距5 cm的挡板对水流的分散效果较好,有利于提高充氧效果;水力停留时间越小充氧效果越好,但由此带来的污染物负荷升高又会使污染物去除效果下降,故水力停留时间宜取2.4 h左右。

农村污水的厌氧-跌水-人工湿地组合处理

随着水环境质量要求的提高,以分散排放为主的农村生活污水处理逐渐提上日程.试验以具有典型丘陵地貌特征的重庆农村为对象,采用厌氧-跌水-人工湿地组合工艺,处理分散型生活污水处理.结果表明,系统稳定运行后,COD,NH+4-N,TN,TP去除率分别为85.26%,80.77%,77.07%,和73.35%,其出水质量浓度分别为82.13,8.16,14.43和1.77mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的二级标准.该法投资小,能耗低,管理方便,在我国农村具有广泛推广的前景.