圆形闸门上方组合堰的能量损失研究

为了提高闸门的水力跳跃性能,降低堰体的冲刷,本研究对不同相对宽度、相对高度的组合堰及不同相对直径的闸门进行了能量损耗试验。并得出了组合堰相对宽度、相对高度和闸门开口相对直径与相对能量损失之间最大值和最小值的关系。

组合堰型径流泥沙监测站的测流原理及其应用

一种新型组合堰式径流泥沙监测站在中科院长武农业生态站建成并投入运行,它能自动测定次洪水的径流量、输沙量及其动态变化。文中论述该设施的测流原理、结构及其应用效果,结果表明:该设施结构合理、自动测流精确;该流域洪水主要由强度≥25mm/6h的降雨形成,泥沙主要由强度≥20mm/3h的短历时暴雨洪水造成。这为评价小流域治理效益、水土流失预测预报、动态监测提供了一种有效工具和方法。

新型组合堰式自动径流泥沙测站的设计与应用

一种新的组合堰型自动径流泥沙测站在陕西省延安市燕儿沟建成。它能自动测定次洪水的径流量、输沙量及其动态变化，运用效果良好。文中介绍了该设施的设计原理、结构及应用，为评价小流域治理的减水减沙效益和土壤侵蚀研究提供了一种有效工具。

钢管桩-膜-土组合堰在涉水桥梁施工中的应用

在涉水桥梁施工过程中．钢管桩-膜-土组合堰施工与以往筑岛围堰施工相比，既方便又快捷，同时能够取得良好的经济效益。以安徽省安庆市外环北路石塘湖1号桥钢管桩-膜-土组合堰施工为例，总结了施工的成功经验，介绍了相关施工方法，以供类似工程参考。

臂坡对堰槽组合设施紊流结构影响试验研究

堰槽组合设施在山区河流流量监测中具有很大优势,臂坡作为其关键形状参数,可以调节堰槽组合设施内水动力特性,改变堰后泥沙沉积分布和下游冲刷形态。为进一步探索臂坡对堰槽组合设施水流紊动特性的影响,通过室内试验,分析不同臂坡、来流强度及底坡因素影响下的底层水流特性变化,探究流速、紊动能、床面切应力等参数分布规律,揭示堰槽组合设施运行过程中水流能量耗散及冲刷机理。研究结果表明:臂坡影响流量的横向分布,臂坡增大加剧水流聚中,使两侧堰后水流下切回流增强,增加溯源冲刷风险;臂坡和底坡增大导致堰后两侧紊动强度及紊动能增大,加剧了堰下水流能量耗散,有效提高了设施的消能率;相比雷诺切应力法,设施后床面剪切应力计算更适合采用修正紊动能法且床面剪切应力较大值主要集中在两侧堰后区域;大尺度涡结构主要集中在排淤量水槽出口两侧,而其他涡区分布在两侧堰后区域。

量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施过流能力的影响

【目的】研究量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施水力性能及对测流的影响,为扩大堰槽组合量水设施的适用性提供参考。【方法】对3种量水槽出口宽度(b=25,35和45 cm)在不同流量(5~71 L/s)下的35种工况进行水力性能试验,通过中垂面30个测点的水深及垂线平均流速变化,分析出口宽度对设施中垂面水面线和佛汝德数(Fr)沿程变化的影响,明确槽内流和堰槽流的流量阈值;根据流量(Q)与量水槽内测点水深的相关性,分析量水槽出口宽度对流量系数的影响,并建立不同量水槽出口宽度下的流量公式。【结果】3种量水槽出口宽度条件下,中垂面水深和Fr的沿程变化均表现出相似的规律,即中垂面水深在上游段表现稳定,进入量水槽后逐渐下降至出口后的薄水层区域;Fr值在上游段相对平稳,保持在0.1~0.2,进入量水槽后逐渐增大至最大值1.2~1.5,且增大速率沿程变大。上游段的水深和量水槽内的水深均随量水槽出口宽度的增加而减小,出口段、薄水层区域和下游壅水区域的水深受量水槽出口宽度影响不大。上游段至量水槽内部过渡扭面段的Fr值随量水槽出口宽度的增加而增大,量水槽内部梯形窄段的Fr值随着出口宽度的增加而减小。同一量水槽出口宽度下,槽内流的流量系数随流量的增加而增大,堰槽流的流量系数随流量的增加而减小。同一相对作用水头下,槽内流的流量系数随量水槽出口宽度的增加而减小,堰槽流的流量系数随出口宽度的增加而增大。基于建立的3种量水槽出口宽度下的流量公式,得到的流量计算值与实测值的相对误差均在2%以内,使堰槽组合量水设施的适用范围进一步扩大。【结论】量水槽出口宽度对上游和量水槽内的水深有明显影响,出口宽度的增加能够增大堰槽组合量水设施的流量阈值及过流能力,并使临界水深的断面位置向下游推移。

堰槽组合量水设施水力性能数值模拟研究

【目的】堰槽组合量水设施适用于流量变幅较大的山区溪流流量测量,以数值模拟的手段全面分析其流场分布规律和水力特性,以期为堰槽组合量水设施的结构优化提供理论依据。【方法】在模型试验的基础上,采用FLOW-3D软件对10.13~200.00 L/s(试验最大流量的2.8倍)范围内的17种流量工况下该设施的水力性能进行数值模拟,分析了槽内流和堰槽流的沿程水深、佛汝德数(Fr)及流速的变化规律。【结果】所有流量工况下堰槽组合量水设施中心纵剖面Fr和流速均沿程先增大后减小,呈单峰分布;设施上游水流平稳,Fr为0.1~0.3,流速为0.08~0.5 m/s,随流量的增加逐渐加大;水流进入该设施后,Fr和流速急剧增大;设施下游出现较大范围的薄水层区域,Fr最大值达到3.0~4.6,流速最大值为1.05~2.06m/s;槽内流时下游产生弱水跃,堰槽流时下游均为急流(Fr>1),同时扩散水流在侧岸处发生折冲,产生菱形波;流量小于100 L/s时,模型试验建立的测流公式最大相对误差为6.11%,流量超过100L/s时,相对误差逐渐增大。对流量大于100L/s的模拟结果进行分析,建立了流量大于100L/s时的测流公式,该公式相对误差小于0.87%,满足河流量水要求。【结论】基于FLOW-3D软件对堰槽组合量水设施进行的水力性能数值模拟与模型试验有着较好的一致性,建立了大流量下的测流公式,扩充了堰槽组合量水设施的测量范围。

堰槽组合设施测流机制试验研究

山区季节性溪流流量变化大,已有灌溉渠道量水设施难以在较大流量范围内均达到测流精度要求,本文以克伦普堰和排淤量水槽组合而成的堰槽组合量水设施为试验对象,通过试验探究其测流机制。根据流量在5~79 L/s范围内的概化水槽水力性能试验,分析不同流量下的水面线、弗劳德数、垂线纵向时均流速、薄水层特征长度和特征宽度的变化,建立不同流量阈值范围内的测流公式。结果表明:①随流量的增大,堰槽组合设施流动形态从槽内流变为堰流,流量阈值对应的阈值相对水深为0.885,拟合得到组合设施槽内流和堰流的测流公式,与实测流量对比,相对误差小于3%。②组合设施槽内流和堰流水力特性不同,槽内流时槽内各测点纵向时均流速、薄水层的特征长度和特征宽度以及综合流量系数均随着流量增大而增大;堰流时,排淤量水槽槽内前段各测点纵向时均流速随着流量增大而减小,后段各测点纵向时均流速随着流量增大而增大,槽内收缩扭面段中部附近断面平均流速大小一致。③堰槽组合流量系数随着流量增大而减小。④堰槽设施下游薄水层的特征长度和特征宽度随着流量增大有下降趋势,最大值均出现在流量阈值情况下。本研究有效解决了流量变幅较大的明渠测流设施匮乏问题,可为山区季节性溪流测流设施应用提供参考。

组合式迷宫堰的泄流系数

本文在单一传统迷宫堰基础上,将其与宽顶堰相结合(也即组合式迷宫堰),并通过模型试验,分析了其泄流形态,研究通过改变组合比H1/H2、水头比H0/P、平面布置形式、水舌通气等几个因素泄流系数的变化规律。

堰-底孔组合式鱼道堰顶布置优化研究

堰-底孔组合式鱼道的隔板将鱼道槽身分割成连续的阶梯级水池,增加了池中水流的能量耗散,并创造了鱼类上溯的流态,但堰顶和底孔不同的形状、尺寸和布置方式均会带来水流特征的变化,其布置方式是需要仔细考虑的重要特征。以某工程堰-底孔组合式鱼道为研究对象,建立三维数学模型,对不同隔板布置型式下的鱼道池室水流特征进行了研究,通过改变堰顶缺口相对位置p/B对鱼道内流速分布和水流结构进行了优化。结果表明:在鱼道内水深为2 m时,不同的堰顶布置方式对池室的水流结构影响较大;与原方案左右交错布置的堰顶缺口相比,p/B=0.6时,鱼道池室内主流明确,回流区范围相对较小,堰和底孔处最大流速小于1.0 m/s,最大紊动能0.06 m^(2)/s^(2),基本满足四大家鱼等经济鱼类上溯要求,实际应用时可根据工程实际寻求p/B的最优解。

新型梯形量水堰水力特性试验及数值模拟

梯形量水堰因结构简单、测流精度较高而广泛应用在灌区末端渠道上,但现有灌区梯形量水堰存在的测流范围小、泥沙易在堰前淤积问题,严重制约着其应用推广,据此提出以改进堰为基础的堰孔组合的新型梯形量水堰.采用量纲一化分析法确定流量公式,并以水工模型试验结果为基础,率定数值模拟模型参数,利用Fluent软件计算获得4种新型梯形量水堰不同流量条件下的水深、堰流流量值、流速分布及速度矢量图,最后通过试验数据拟合出测流公式.结果表明:不同孔口高度的新型梯形量水堰孔口出流对堰上出流的影响随着堰前总水头的增大而逐渐减小;拟合的流量公式简明易用且通用性较高,平均相对误差为2.63%;将模拟结果与试验值做对比分析,二者吻合度较高,平均相对误差为2.53%,说明模拟结果具有一定的可靠性,可为堰孔组合式量水设施的工程设计提供参考依据.

臂坡对堰槽组合设施测流影响分析

针对堰槽组合设施在遭遇洪水、水位较高时引发的坡脚掏蚀、岸坡冲刷崩塌等问题,将设施两侧堰顶设置一定坡度,形成向槽内倾斜的臂坡,使水流向设施中部集中,减少对两岸边坡的冲蚀。采用水力性能试验的方法,对3种臂坡(0,1/16和1/8)在12种流量(6~61 L/s)条件下的中垂面水深、弗汝德数沿程变化规律、臂坡对设施泄流能力的影响及流量公式进行研究。结果表明:(1)3种臂坡下的堰槽组合设施水深沿程变化相似,随着臂坡的增大,中垂线上游水位壅高增大,两侧堰靠近岸坡一侧的堰上水深减小,明显减少了水流对两岸边坡的冲蚀;(2)臂坡对临界流断面位置影响较小,集中出现在排淤量水槽梯形窄段的后半段;同一流量下,堰槽组合设施的流量系数随臂坡的增大而减小;同一臂坡下,堰槽组合设施的流量系数随着流量的增大而减小;(3)相对水头较小时,流量系数变化明显,相对水头较大时,流量系数相对稳定,将流量系数分为变动流量系数和稳定流量系数2个区,并分别拟合出不同臂坡条件下的流量计算公式,与实测流量相比,臂坡为0、1/16和1/8时,相对误差绝对值的最大值分别为2.22%、2.37%和2.21%,平均相对误差分别为0.88%、0.95%和1.15%。此外,在流量为11和21 L/s时,臂坡的增大使得流量公式计算值的相对误差由-2.22%降至-0.44%和由2.35%降至-0.24%。综上,臂坡的存在能够减少水流对两岸边坡的冲蚀,对临界流断面的影响较小,增大臂坡还可有效提高堰槽组合设施在小流量情况下的测量精度。

滇中引水工程水力特性分析——多通道倒虹吸水力控制

滇中引水工程观音山倒虹吸长达9.8 km,输水流量达100 m^(3)/s,采用3根4.2 m内径的压力钢管输水。在满足输水流量的同时需要保证倒虹吸进口一定的淹没深度,避免进口掺气等不利水力现象。为简化调度运行提出不同输水通道数匹配输水流量级别、节制闸与溢流堰联合控制的方式,实现出口节制闸仅全开或全关两种运行状态。

老龙口水利枢纽鱼道水力特性研究

为了解老龙口水利枢纽工程的竖缝与堰组合式鱼道的水力特性,采用RNGκ-ε湍流模型和VOF方法对该鱼道的水流结构特性及池室内主流、流速和紊动能进行了分析。结果表明,鱼道内水流结构稳定,竖缝处流速小于设计流速2.0m/s,且主流衰减明显,消能效果良好;同时兼具竖缝式和溢流堰式的特点,适合喜好各种水层的鱼类通过,尤其对喜跳跃鱼类非常有利,能满足过鱼对象的需求。

天然河道分汊口闸段过流水流特性的试验研究

鉴于天然河道分汊口地形、水力条件复杂,流量分配不易控制,在实际工程中,拟建堰闸横向组合型拦河建筑物来调节侧汊流量。采用物理模型方法,在不同流量及闸门开度条件下,研究了新型拦河建筑物闸段过流对分汊河道水流特性的影响,利用经验公式对闸门流量系数进行了计算,并且与实测值进行比较。结果表明:闸段过流时侧汊分流比明显小于全断面过流,且闸门开度和来流流量均影响分流比大小。随闸门开度增大,侧汊分流比增大,且流量越小,增幅越大;当闸门开度相同时,流量越大,侧汊分流比越小。由于水力因素复杂性和拦河建筑物非对称性,拦河建筑物上游水位、流速分布不均,闸门开度相同,流量增大,上游水位最高点向闸段侧偏移;流量增大,闸门开度增大,上游流速峰值向闸段侧偏移;在总流量为3000m3·s-1附近,上游水位不随闸门开度变化。闸门开度一定时,流量越大,闸后消力池内Fr越大,消能效果越好。总流量为4600m3·s-1时,Fr在2.5～4.5之间,产生不稳定水跃;总流量为3000m3·s-1和1500m3·s-1时,Fr在1.0～1.7之间,产生波状水跃。利用三种现行公式计算的流量系数与实测值相比误差较大,现行公式对流量系数的影响因素考虑欠缺,本研究引入闸孔侧收缩系数ε对现行公式进行修正,该修正公式的计算值均在±10%误差范围内,结果较为精确。本试验结果不仅丰富了新型拦河建筑物附近的水流运动理论,也对河道整治、新型拦河建筑物设计等相关工程提供理论支撑。