植被密度对人工阶梯深潭掺气特性的影响研究

本研究通过在一个坡度为18.4°的矩形阶梯水槽,使用双头电阻式探针,系统测量了两种植被密度下人工阶梯深潭自上游清水区到下游掺气充分发展区的掺气特性。研究结果表明:与光滑台阶和阶梯深潭相比,植被阶梯深潭对掺气发生点的位置及水深几乎无影响,建立了掺气发生点水深的计算公式。断面平均空气浓度Ce在阶梯起点到与掺气发生点距离的2.5倍的区域内逐渐增加,之后达到恒定值;断面气泡个数最大值在阶梯起点到与掺气发生点距离的4.0倍的区域内逐渐增加,之后达到恒定值,这与断面平均掺气浓度的发展规律不相同;植被密度对气泡个数分布及演进变化规律几乎无影响。

玻璃熔窑池底台阶结构设计探讨

玻璃熔窑作为玻璃生产中的关键热工设备,在玻璃生产中起着十分重要的作用,通过叙述玻璃熔窑热量消耗组成,表明池底结构对玻璃熔窑的重要作用,列举了目前玻璃熔窑几种常见的池底台阶结构形式,通过对其优缺点进行详细比较,为同行提供参考和借鉴。

金沟河红山水库溢洪道下游消能工优化试验研究

水利枢纽泄洪建筑物下游的高速水流冲击下游河床致使下游河床严重冲刷及岸坡淘刷,处理不当可能危及大坝安全。针对金沟河红山水库溢洪道下游的消能问题,通过水工模型试验对溢洪道进行不同工况下的消能效果分析,提出了采用“台阶+消力池+消力坎辅助消能工”的综合消能方案,较好地解决了红山水库溢洪道泄洪消能问题,为水库工程溢洪道下游消能防冲设计提供参考。

跌坎消力池尾坎坡度对泄洪消能影响的三维数值模拟

采用的k-ε双方程紊流数学模型与VOF法追踪自由水面,对中低水头胸墙闸坝式跌坎型消力池在三个尾坎坡度下的泄洪消能进行了三维数值模拟研究.模拟计算了正常和设计水位情况下三种局开运行工况的消力池水力特性,获得了消力池底板压力、流场分布、沿程水面线、紊动能及紊动能耗散率等水力参数的变化规律.数模计算结果显示,尾坎坡度对消力池的泄洪消能效果较为敏感.尾坎坡度变陡会明显提高消能效果,对来流无推移质的消力池可适当加大尾坎坡度,有助于提高消能率及适当缩短消力池长度,但尾坎坡度越大,出池水流向上壅水的趋势越明显,如果尾坎下游河道水位偏低,则出池水流可能形成较明显的二次跌落,对尾坎后河床造成一定的冲刷,因此消力池的尾坎坡度需要结合下游河道水位情况综合考虑,做到在提高消力池的消能率的同时,尽量避免出池水流较大的二次跌落,确保出池水流与下游河道水流平顺衔接.论文研究成果可供类似工程参考.

人工阶梯-深潭改善下切河流水生栖息地及生态的作用

本文通过野外试验研究了人工阶梯-深潭对下切河流水生栖息地及生态的作用,试验河段位于西南山区的吊嘎河上150m侵蚀下切严重的河段,布置15级人工阶梯,对水流(水深、流速、水面宽、流量)、河床底质、河床微地貌和水生底栖动物物种及数量变化进行了5个月监测。试验结果表明,人工阶梯-深潭能有效控制河床冲刷下切,维持较为稳定的河床环境,塑造多样性的水生栖息地。采用大型底栖无脊椎动物评价河流生态显示,人工阶梯-深潭布置后,随水生栖息地多样性上升,单位面积水生生物密度、物种丰度及生物群落多样性指数均呈上升趋势,河流生态得到改善。

西南山区河流阶梯—深潭系统的生态学作用

山区河流发育的阶梯—深潭系统具有显著的生态学作用。阶梯—深潭系统增大水流阻力和河床抗冲刷力,稳定了河床和岸坡。大卵石堆积成阶梯,细颗粒泥沙在深潭河段的缓流滞流区沉积下来形成淤泥层,形成适宜多种生物的栖息地。选择小江支流———深沟、蒋家沟和小白泥沟,以及四川九寨沟和金沙江进行野外实验、取样分析。结果发现阶梯—深潭系统较发育的深沟和九寨沟底栖动物密度高达552个/m2,生物量高达5.96 g/m2。而邻近的小白泥沟和蒋家沟底栖动物密度仅0.75个/m2,生物量不到0.006 g/m2。考虑河流不同部位底质、水深、流速等特性,提出了生物栖息地多样性及其计算方法,研究发现大型无脊椎动物的生物多样性随栖息地多样性增加而增加。利用阶梯—深潭系统治理山区河流,既能保持河道稳定,又能维持较高的生物多样性,保持健康的河流生态系统。

阶梯-深潭系统的水力特性

阶梯-深潭系统是山区河流中常见的河床形态，具有稳定河床和消能减灾的作用，其水力特性较为复杂。在温峡水库下游温峡河修建典型的阶梯-深潭系统开展野外实验以研究阶梯-深潭系统的水力特性。利用先进的高频声学多普勒流速仪测量阶梯-深潭系统阶梯上游、阶梯上、深潭中和沿深泓线的水力特性。实验在10 L/s、50 L/s、100 L/s、150 L/s、290 L/s 和 420 L/s 6种流量工况下进行。实验结果表明：阶梯-深潭系统流场尤其是深潭流场具有很强的三维性，阶梯上与深潭中水力特性相差很大。阶梯上沿流向的时均流速远大于横向和垂向的时均流速，三向紊动强度处在一个量级且较小。深潭中的时均流速比阶梯上小，但紊动强度远大于阶梯，紊动强度随流量变大增大。实验工况下，阶梯上的相对紊动强度在0.1左右，深潭中则最大超过8.0。随着水流从阶梯上跌入深潭，机械能大量转化为紊动能消耗。实验流量范围内，雷诺应力随流量小幅增大，深潭中的雷诺应力约为阶梯上的50倍。阶梯-深潭系统消能率在实验工况下为64%-91%。

人工阶梯-深潭破坏案例与稳定性分析

通过2006—2010年4个修建人工阶梯-深潭系统的治理山区河流案例,总结其治理效果和最终破坏原因。以单个阶梯为分析对象,给出其受力表达式,建立单个阶梯-深潭的简化稳定性模型,进而分析来流量和冲刷角变化对其稳定性的影响。单个阶梯的稳定性取决于关键石块粒径、河道坡降、流量和冲刷角。洪水期的洪峰流量和阶梯下游冲刷是阶梯破坏的主要原因,上游来流量增加和冲刷角越大,阶梯越易发生破坏。人工阶梯-深潭系统在洪水期的稳定性是其发挥长期治理效果的关键。

应用人工阶梯-深潭治理下切河流——吊嘎河的尝试

在我国西南山区下切河流——吊嘎河上利用人工阶梯-深潭进行河流治理的野外试验。吊嘎河河床严重侵蚀下切,由此引发塌岸、滑坡甚至泥石流灾害,河流生态环境变化剧烈,水生生态受到抑制。在吊嘎河中上游选取长约150m河段,模仿自然阶梯-深潭的地貌及结构特点,布置人工阶梯-深潭,并对河流微地貌、水生栖息地环境及生态进行了5个月的观测。人工阶梯-深潭布置后,试验段河床持续冲刷下切的趋势得到有效控制;维持了较为稳定的水生栖息地环境,同时水生栖息地多样性增加。采用大型底栖无脊椎动物评价河流生态显示,吊嘎河的水生生态也得到明显改善。吊嘎河野外试验初步表明,人工阶梯-深潭系统是山区下切河流综合治理中的一个有效方法。

裂点发育及其对堰塞坝的稳定性影响

通过野外调查及试验对堰塞坝的稳定和裂点的发育进行研究,发现堰塞坝的稳定性主要取决于泄洪道内阶梯-深潭系统的发育程度Sp和坝体上游洪峰的水流能量p。堰塞坝的保存与溃决情况采用保留的坝高比进行定量描述,对于洪峰流量小于30 m3/s山区河流,保留坝高比与Sp呈线性相关;洪峰流量大于30 m3/s(<30 000m3/s)时,河道稳定所需的最小河床结构强度Sp随着单宽水流能量p的增加而增大。堰塞坝泄洪道内不发育阶梯-深潭系统或发育程度较低的坝体,Sp值小于稳定河床最小的阻力强度,将会发生下切、溯源冲刷并引起溃坝。保留的堰塞坝在泥沙淤积和水流的长期作用下会形成裂点,对河床下切起到控制作用,降低再次发生滑坡的风险。大型裂点能改变河床演变和河流地貌,连续堰塞坝形成的裂点能长期保存并形成优美的自然景观,创造良好的河流生态环境。

山区河流河床结构对推移质输沙率的影响

河床结构是山区河流河床在洪水过程中达到较强阻力及较高河床稳定性时床面大颗粒的组合,对山区河流的推移质输沙起重要影响.引入河床结构强度Sp对山区河流河床结构进行定量化研究,使用河床结构测量设备对河床强度进行测量,采用类似于坑测法的子母双槽进行推移质输沙率实测,对云南小江流域的15条主要支流河床结构及推移质输沙进行野外实测,发现推移质输沙强度至少受单宽水流能量与河床结构发育程度共同影响,在同等级水流能量条件下,河床结构的发育程度越高的河流(或河段)其推移质输沙强度越小,河床强度值越小的河流(或河段)推移质输沙强度越大.单宽水流能量小于50 kg/(m.s)、河床结构强度大于0.35时,推移质输沙率接近零.

阶梯-深潭的形成及作用机理

阶梯-深潭系统是山区河流中常见的河床微地貌现象。本文通过水槽实验,研究了在不同的水流流量、河床坡度、床沙级配和上游来沙率条件下,阶梯-深潭的形成过程。在此基础上探讨了阶梯-深潭的发育和作用机理。通过定义阶梯-深潭发育程度系数SP,结合水槽实验结果和天然阶梯-深潭河流的资料,总结阶梯-深潭的发育条件,得出了SP与河道坡度、床沙级配、上游来沙率之间的关系式,并分析了阶梯-深潭系统增加水流阻力,消减水流动能,稳定河床的作用。

汶川地震引发的流域管理新课题

汶川地震引发了大量的山体滑坡和崩塌.巨型滑坡夷平了山谷,创造了平缓坡地.这些新生地非常不稳定,易引发泥石流.尽快稳定和开发新生地是一个新问题.滑坡造成的堰塞湖引起剧烈河床演变,对河流地貌和稳定产生长远和深刻的影响.大量的崩塌体形成大石块堆积体,表面没有土壤,如何修复植被是一个严峻的挑战.本文通过野外测量和试验,对上述问题进行了探索并取得了初步成果.成果表明,采用阶梯-深潭结构稳定滑坡体,可以控制或减轻泥石流;发生于崩塌和滑坡体上的泥石流含水量小且大石块多,不是黏性泥石流而是两相泥石流,运动速度仅为黏性泥石流的1/10;堰塞坝发育成尼克点会显著改变河流纵剖面,稳定岸坡减少滑坡崩塌灾害;在花岗岩崩塌体上引种紫萼藓能显著加快植被演替,绿化裸露的石块堆积体.

山区河流阶梯—深潭的发育及其稳定河床的作用

山区河流的河床经常呈现阶梯—深潭地貌。本文对阶梯—深潭的发育机理进行了实验研究,发现阶梯—深潭系统的发育是冲积河道适应水流条件在垂向进行自动调整的结果。对河床床面结构随水流强度改变而变化的研究证明阶梯—深潭增大水流阻力,使不同粒径的床沙承受不同的剪切力,因而对稳定河床有着显著的作用。文章还根据对水流剪切力和泥沙起动拖曳力的对比验证了这种稳定性。

基于流域尺度的河流治理技术体系与措施

在河流等级划分成果基础上,针对浙江省流域各等级层次存在的问题,有针对性地提出流域源头至入海口的治理理念,明确了相关治理措施和工程技术。提出独流入海河流的河源区要注重封山育林、水土保持措施;干流区治理关键则是防洪技术;河口区则需要海塘防护、防洪御潮技术,并需要重视河口生态和环境需水量的研究;同时在治理过程中不能随意灭失流域中的浅滩-深槽这一等级层次,建议将人工阶梯-深潭结构应用于河源区和干流区的治理技术中。滨海平原河网河流治理要注重排涝技术,污染治理是其重点,同时可兼顾景观建设。

阶梯-深潭消能率的模拟研究

以山区河流天然的阶梯-深潭系统为研究对象,进行了不同流量情况下的阶梯-深潭消能率的对照模拟研究.实验表明,阶梯-深潭水流经过阶梯段跃起,紧接着跌入下游的深潭段,在深潭段水流的紊动扩散、翻腾旋滚和碰撞剪切作用下,水流速度急剧减小,控制了河床持续下切;实测天然小流量情形下的阶梯-深潭消能率可以高达95%以上,数值模拟大流量情形消能率也均高于80%,充分的耗散了水流能量,对河床、岸坡的稳定起到了显著的保护作用.

梯-潭结构型泥石流排导槽消能特征试验研究

梯-潭结构型排导槽是一种适用于大比降沟床条件下的泥石流排导工程措施,因其良好的防治功效和工程价值而具有较好的应用前景。选取泥石流容重、规模和潭深为主要影响因素,通过水槽试验模拟泥石流在梯-潭结构型排导槽中的运动过程。结果表明,潭内表层铺填的砾石在泥石流浆体强烈的紊动和大颗粒冲击碰撞下发生明显的物质交换现象,且排导过渡性泥石流时物质交换现象最为强烈,稀性泥石流次之,粘性泥石流则相对较弱;梯-潭结构型排导槽的消能主要体现在泥石流通过梯-潭结构时泥深变化和加剧紊流两个方面;梯-潭结构的消能效率与潭深呈正相关关系,且消能率基本大于20%,最大消能率可达73.93%。当潭深过大时,梯-潭结构对泥石流表现出明显的拦截作用,虽消能效果明显,但与排导宗旨相悖。而泥石流规模对梯-潭结构消能的影响相对较小,整体呈现规模越小消能率越高的趋势。

西南山区河流河床结构及消能减灾机制

青藏高原的持续抬升导致青藏高原周边河流下切。河流下切造成河床河岸失稳,崩塌滑坡及泥石流等灾害频发。通过十余年野外调查和试验研究发现,崩塌滑坡泥石流堰塞河流形成的自然坝实际上是河流下切的负反馈的结果。自然坝稳定后控制河流下切,保持河流稳定并且改善生态。这样的功能主要来自于自然坝上发育的河床消能结构。本文总结了河床结构和自然坝消能减灾的机理,归纳以阶梯-深潭为代表的河床结构消能率的量化计算方法,并提出下切河流综合管理中能量概算的理念及基本思路。本文还介绍人工阶梯-深潭系统防治泥石流灾害的成功实践,强调人工模拟自然坝消能结构应用在防灾减灾领域的可行性及有效性。最后,以消能理念为基础,提出西南下切河流开发和管理中应建立"串糖葫芦"式中型坝群库坝体系,以实现水电开发、消能减灾和改善生态的综合目标。

阶梯-深潭系统消能研究综述

针对山区河流中自然形成的阶梯-深潭系统消能研究相对滞后的现状,归纳总结阶梯-深潭系统及台阶式溢洪道已有消能研究成果,从总流能量守恒方程出发,分析阶梯-深潭系统消能机理及消能率影响因素。认为台阶式溢洪道与阶梯-深潭系统的消能方式具有相似性和可比性。研究表明,在不同流量情况下,阶梯-深潭系统消能方式有显著区别,消能率存在较大差异;阶梯-深潭系统消能率的影响因素有坡降、糙率、粒径、阶梯高度和上游来流量,其中阶梯高度、坡降、糙率和粒径与消能率成正比,上游来流量与消能率成反比。认为阶梯-深潭系统消能的进一步研究需要结合大量野外调查数据,研究阶梯-深潭系统的几何特征,测量阶梯-深潭系统流场,进而得到水流能量的传递和耗散规律。

碰撞作用下单个阶梯-深潭稳定性模型

阶梯-深潭系统是山区河流广泛分布的控制性河床结构,泥沙输移过程中大颗粒碰撞阶梯关键石块,使其发生位移,强烈影响阶梯-深潭的稳定性。以单个阶梯-深潭的关键石块为研究对象,重点考虑碰撞对阶梯-深潭的影响,量化来沙中大颗粒碰撞作用并改进稳定性理论模型,利用新模型分析阶梯-深潭的临界条件和破坏机制。来沙颗粒对关键石块的碰撞作用受自身粒径、运动速度和阶梯下游冲刷程度影响且皆为正相关关系。颗粒撞击减小阶梯失稳临界流量,且参与碰撞的石块粒径越大,减小作用越明显。当η>0.55时(η=D1/D,D1为碰撞石块粒径,D为关键石块粒径),临界流量下降幅度达到50%以上,表明来沙中卵石漂石对阶梯-深潭稳定性发挥主要影响。山区河流发生低频率洪水或滑坡泥石流,向下游河道输运大粒径石块并与阶梯碰撞,显著增大转动合力矩并降低失稳临界流量,使得单个阶梯-深潭更易达到临界条件发生破坏。