跌水高度对元谋干热河谷冲沟沟头侵蚀产沙特征的影响初探

元谋干热河谷冲沟侵蚀强烈,以沟头溯源侵蚀过程为主,陡立沟壁跌坎是活跃沟头的重要形态特征之一。采用野外原位放水冲刷试验,研究了25和50 cm两种不同跌水高度对侵蚀产沙过程的影响。结果表明:2种跌水高度下,(1)径流跌水冲刷力差异显著。跌水势能转化量平均值分别为4.89和9.78 J s-1,跌水剪切力平均值分别为25.9和53.5 Pa,均呈现倍数关系。(2)跌穴发育形态特征及下游侵蚀量差异大。2个小区跌水最大下切深度分别为7.38和7.50 cm,平均下切深度分别为3.87和5.16 cm;沟头沟壁及下游沟床部位侵蚀量累积贡献平均为41%和54%。(3)径流含沙量差异显著(p<0.1)。整个试验中2个小区径流平均含沙量分别为7.51和18.76 g L^(-1),且径流经过沟壁跌坎后,含沙量分别平均增大6.25和25.49 g L^(-1)。初步认为沟壁跌坎高度差异影响径流冲刷力及其侵蚀产沙特征,但仍需进一步开展更多跌坎高度下的相关研究,为干热河谷区冲沟沟头溯源侵蚀动力学机制研究提供补充。

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。

干热河谷冲沟沟头跌水消能减蚀措施效益试验初探

沟头是金沙江下游干热河谷区冲沟发育最为活跃的部位,具有“跌坎陡立、地形落差大、跌水能量大、径流冲刷剧烈”等特征。研究如何有效消减沟头跌水能量、减少侵蚀产沙,是干热河谷区开展活跃沟头治理的关键。通过多种处理下的消能试验,发现消能池设计可以有效消减沟头跌水能量,消能率在92%以上,其大小与跌水高度、放水流量、填充材料和消能池深度等有关。消能率随跌水高度、放水流量和消能池深度增大呈增大趋势,软质的扭黄茅材料较鹅卵石填充消能效果更佳。沟头跌水在下落过程中与下垫面发生剧烈碰撞、摩擦,会耗散极大能量,在沟头跌坎底部设置消能池,可以避免跌水耗散能量直接作用于土体,减缓沟头溯源侵蚀过程的发展。与无填充相比,消能材料填充可使跌水侵蚀产沙减少49.6%~89.2%,平均减少74.2%。