国家重点实验室管理信息系统的架构设计

国家重点实验室的信息管理系统由于其人员组成和管理方式而具有其特殊性。本文介绍高速水力学国家重点实验室的信息管理系统的构建方案。该方案具有信息随处可得 ;分布式维护管理 ;与国家实验室管理方式接轨 ;

生态水力学原理在城市河流保护及修复中的应用

本文根据城市河流的特点,简述了生态水力学的基本原理及其在当今城市河流保护及修复中的应用,详细介绍了公园式生态池塘的构想,提出了通过改变河流的水力特性、调整品种结构和修建公园式生态池塘3种途径改善城市河流现状的对策。

四川秦巴山区河流生态补偿体系构建——基于水资源开发影响

针对受水资源开发影响的四川秦巴山区河流生态补偿体系中,现有的补偿主客体、补偿标准、补偿模式、补偿支付制度及补偿激励政策的问题,探讨了秦巴山区河流生态补偿体系的构建。根据秦巴山区河流生态体系的特点,提出了4种生态补偿原则;通过利益相关者分析及利益相关者的权责分析,确定了生态补偿的主客体;采用Vague集相似度量方法,构建了相应的补偿标准;针对不同的生态补偿内容和补偿主客体,建立了3种补偿模式;设计了激励政策系统框架;并提出了生态补偿度评价方法。

山区河流浅水条件下漂石对河床响应与泥沙补给影响的试验研究

受暴雨洪水与滑坡、泥石流灾害的影响,山区河流床沙多为宽级配卵砾石泥沙,甚至出现较多的漂石,从而影响近底水流结构与推移质输移特性。基于野外漂石河流的调查,通过概化水槽试验,探讨了漂石颗粒对河床冲淤的影响;对比分析了不同水沙条件下漂石对推移质输沙率过程的影响;根据床面粗化程度与漂石状态相异的两种类型对比试验,探讨了漂石对不同水沙条件下推移质输沙率的影响程度。研究表明:随着漂石颗粒相对淹没度(h/D,平均水深与漂石有效直径之比)的减少,漂石对其尾部区域水流的混掺越加突出,从而对河床的冲刷能力变大;根据本试验采用的水沙参数,漂石对推移质输沙率的扩大效应为几倍至十几倍。

山区河流水灾害问题及应对

全球重大自然灾害正深刻影响着人类的生存和发展,如何更有效地应对各类自然灾害尤为重要。2008年"5·12"汶川大地震后,"地球人都要有灾害意识,地球人都要有灾害教育"已深入人心,中国人的灾害意识和防灾技术水平均得到了较大幅度的提升。由于独特的区域地质构造、地形地貌和水文气象等条件,中国西部地区一直是水灾害频发的区域,防灾减灾工作已成为影响区域社会经济及国家整体发展的重要方面。作为国家布局在西部的高水平研究型综合大学,四川大学传承和创新了都江堰的治水智慧,在应对高坝泄洪与防洪安全、高坝工程结构安全、山洪泥沙灾害与滑坡防治、流域生态环境保护等山区水灾害方面进行了积极探索,取得了一系列重要成果。主要有:1)开发细观实验与模拟技术,揭示了高坝水力学复杂水流现象的细观机理,建立了更加可靠的判别准则和计算方法,形成系统的细观水力学体系,并创新地提出了多级泄洪原理与技术;2)原创性地提出了地质力学模型破坏模拟与综合法试验新技术,揭示了高坝工程整体结构安全响应机制,建立了能够准确反映受复杂地质环境及超标洪水等因素影响下高坝-坝基-库水整体结构安全评价体系;3)揭示了山洪与泥沙共同作用下"小水大灾"机制,提出了特大山洪泥沙灾害"降阶防控"技术,将山洪泥沙灾害致灾不确定性降到可防控范围;4)引入应用三维激光扫描仪等新设备与技术实现了滑坡变形监测从"点、线、面"拓展到三维空间整体,提升了水动力型滑坡的灾害监测预警水平以及灾害应急响应能力;5)针对滑坡-堰塞坝物质组成和结构特性变异性大的问题,提出了滑坡-堰塞湖分类应急处置与综合治理技术;6)针对西南地区地理、生态与环境特点,提出了生态需水配置和过鱼、梯级水库水温预测成套方法和低温水控制、高坝泄水总溶解气体(TDG)过饱和的预测与调控等一整套维护水生生物生境的关键技术,将生态环境保护研究从工程局部及单一水环境领域,拓展到山区流域整体系统并形成多学科领域交叉的综合科学技术体系。最后,针对中国西部山区河流水灾害的特点以及国家防灾减灾救灾的总体需求,提出了变化环境下的水灾害形成与演化、耦合致灾机理与临界判据、水灾害动力灾变机制与演化过程、突变河流的生境-生物相互作用机制、灾变河流的生态演变机制和新平衡态、水灾害监测预警和风险评估、基础大数据库与云平台、水灾害流域协同管理与灾后重建等一系列山区水灾害领域的重大前沿科学技术问题,有助于促进下一步防灾减灾相关学科领域研究工作的发展。

有“龙头水库”的河流引水式梯级开发的水温累积影响

河流引水式梯级开发对水温造成了累积影响,为研究引水式梯级开发对水温的累积影响,采用垂向一维水温模型、增温率法预测各梯级水库的水温分布。通过对预测结果进行分析,得到引水式梯级开发水温累积影响的3个表现形式:1)"龙头水库"运行改变下游河道的水温分布规律,使春季升温推迟,秋季降温推迟,造成了水温延迟现象,由于水电梯级开发,这种延迟现象通过各梯级电站的引水隧洞传递到下游,导致下游梯级电站的延迟现象更加明显;2)厂址处水温与天然情况水温相比趋于平坦化,梯级开发后,从梯级一至梯级五平坦化现象变得更加明显;3)河流水温沿程变化幅度减小。研究结果可为河流水电梯级规划环境影响评价提供科学依据。

山区河流水位流量关系曲线研究

受洪水涨落的水位流量关系呈现明显的绳套曲线,目前的研究大都基于平原河流,由于山区河流比降大、河床组成物质较粗,水流特性受到多方面因素的影响,故有些假设与实际河流情况不符,导致水位流量推求不太精确。因此本文考虑山区河流与平面河流的河床形态、泥沙粒径等方面的差异,引入了河道级别和泥沙粒径以区别山区河流与平原河流,结合简化后的圣维南方程组重新推导水位流量关系。通过山区河流和平原河流水文站的实测资料验证表明:该方法能较好地拟合相应河流横断面实测水位流量;在进行配线时,只需根据变化情况对参数做一些简单更正,具有实用性好、精度高以及适应性强等特点。

山区河流漂石阶梯阵列对水流结构影响的试验研究

漂石阶梯阵列是山区流域暴雨山洪过程常见河床形式,能显著影响水流结构,增大水流阻力和河床抗冲力,同时也制约着漂石河床演变过程。基于野外典型漂石河段调查,通过水槽试验,探讨了山区河流漂石阶梯阵列河床的水动力特征。试验结果表明:不同的漂石阶梯行距对于水流流速及其紊动强度影响明显,三向紊动强度大体沿水深方向呈现先增大后减小趋势,横向与垂向的紊动强度峰值点位置都位于0<y/h≤0.2水深处,近底逆流在垂向及主流方向的作用范围分别为1D与2D(D为漂石粒径),漂石下游的近底逆流作用范围与漂石粒径呈正相关。漂石阵列对近床湍流具有"均匀化"作用,随着漂石排列密度的增大可显著降低近底的紊动强度。

山区松散排列泥沙床面河流阻力特性研究

河道阻力决定了河流流速与挟带泥沙的能力。然而与普通河流不同,山区河流的河道阻力比较复杂,床面泥沙排列密度对于河道阻力影响明显。试验资料表明,在低泥沙排列密度时,河道阻力随着排列密度的增大而增大,当达到最大值后,随着排列密度的增大呈现减小的趋势。利用程年生植被糙率尺度的概念,建立了适用于含有松散排列泥沙床面情形的糙率尺度。通过试验数据,确定了糙率尺度表达式中的待定参数,在f-r/kv图上,建立的泥沙颗粒糙率尺度可以使所有的数据点归结到一条曲线上。最后,建立了适用于松散排列泥沙床面河道的达西阻力系数表达式。对于天然河流,本文建立的达西阻力表达式仍然具有较高的计算精度。

二维水力模拟在河流生态需水湿周法中的应用

湿周法是河流生态需水量计算中使用较为常见的一种水力学方法,通常采用一维的水力分析结果作为计算依据。二维水力模拟能提供更为细致全面的河道水力参数分布,通过对某水电站坝下13.3 km河道进行平面二维水力模拟,对其在湿周法中的应用进行了探讨。采用弗汝德数(Fr)作为浅滩生境划分标准,把浅滩生境较为集中的河段作为湿周法分析的浅滩河段。随后根据平面二维水力模拟结果,给出了浅滩断面相对湿周-流量关系曲线,采用斜率为1的斜率法计算得到了各浅滩断面的生态需水量。结果表明,采用二维水力模拟结果给出的曲线更为合理。

山区流域强降雨情况产流模式研究——以涪江平通河流域为例

山区流域极端强降雨导致的山洪灾害频发,造成生命损失和经济活动的巨大破坏。科学的认识这类极端天气下灾害的发生、发展过程,对实现灾害监测和风险管理十分重要。山洪过程的模拟是认识这一灾害的重要科学手段,而模型计算精度是山洪模拟的关键。将超渗、蓄满产流模型与运动波地貌瞬时单位线水文模型(简称KW–GIUH模型)进行融合,优选出适合山区流域强降雨情况下的产流模式,从而提高山洪过程的模拟精度。以典型山区流域涪江一级支流平通河为研究对象,选取了两场次历史强降雨过程进行模拟。研究结果表明:无论超渗或蓄满产流模型与KW–GIUH模型进行融合后,其模拟精度比KW–GIUH模型所模拟的径流过程更接近实际情况;而先超渗后蓄满的混合产流模式较单一的超渗或蓄满产流模式模拟效果更优。适合山区流域强降雨情况下的产流模式为先超渗后蓄满的混合产流模式,其中产流模式的转变出现在第一次连续降雨基本结束之时,即在第一次洪峰之前基本以超渗产流为主,随后的产流方式以蓄满产流为主。

山区河流河床形态与水沙变化下的水位响应机理研究

山区流域暴雨山洪、滑坡、泥石流等灾害频发,大量泥沙以不同方式进入河道,河床形态在极短时间内迅速调整。在宽窄相间河段水流输沙能力差异较大,展宽段常因挟沙能力的降低而淤高河床,致使水位陡增,引发洪水灾害。为探讨山区河流宽窄相间河段与泥沙补给变化下的水位变化致灾机理,以室内物理模型系列试验结果为依据,分析不同流量定床清水时河床形态参数与各水力参数的变化关系,以及泥沙补给变化对河床形态及水流参数的影响。试验表明:上游泥沙补给量及河床形态是影响水流流态、水位变化的重要因素;定床清水条件下,河宽与比降的局部急剧调整影响水流参数变化,水流对河床变化的响应具有滞后性;当上游有泥沙补给时,水深变化较清水来流明显;随着来沙量的增大,大量泥沙淤堵河道且呈现溯源淤积的趋势,并淤高河床;在淤积段顶端,水流发生水跃现象,水位陡增,甚至出现漫滩致灾。由此可见,上游来沙及水流挟沙能力的降低将引起河床不同程度的落淤,造成河床形态改变,特别是在宽窄相间河段泥沙易落淤,水位增幅较大,为洪灾泛滥区,应作为水沙灾害的重点防治区域。

四川水力资源开发和长江上游水土保持的思考

四川具有丰富的水力资源 ,在西部大开发的形势下 ,将大力进行开发。根据四川境内的四大河流流域的水土流失及河道泥沙资料 ,经初步分析 ,认为水土流失与河道泥沙的关系非常密切 ,二者成正相关态势。然后 ,进一步探讨了长江上游水利工程在阻挡流失水土进入长江主河道过程中的地位和作用 ,探讨表明 ,这些水利工程有效地阻拦了流失水土进入长江河道 ;与此同时 ,水利工程 ,如电站、水库等的库容却大大减少 ,降低了工程效益发挥 ,缩短了使用年限。在此基础上 ,还探讨了控制水土流失 ,大力开发四川水力资源和进行长江上游生态屏障建设的措施。在四川水力资源开发过程中 ,对四川 ,对整个长江流域 ,必须工程效益和生态效益并重 ,故应当加强水土保持生态环境建设 。

山区小流域梯级开发的水温累积影响研究

山区小型河流比降大,为充分利用发电水头常采用龙头水库加引水式电站的梯级开发方式。通过对西南山区某小型河流的水库以及河道水温年内变化过程的观测,研究龙头水库加引水式电站的梯级开发方式对河道水温过程的累积影响。观测结果表明：龙头水库蓄热作用明显,夏季龙头水库水温分层现象显著,坝前垂向温度梯度为0.15 ℃/m;坝前取水口对水库上层水体有一定抽吸作用,抽吸高度约8 m,下泄水温比取水口中心高程水温高1.3 ℃;从全年变化过程看,电站下泄水温过程较天然水温过程滞后1个月,3-4月表现出明显的低温水现象,9-12月表现出明显的高温水现象,月均水温最大差异分别为-1.7和2.8 ℃;同时观测结果显示水流经过引水式梯级后水温基本不变,首尾相连的引水式梯级导致龙头水库的下泄低温水较难恢复,春季低温水现象沿程累积增强,秋冬季高温水现象则沿程有所减缓。

西南山区小型河流生态需水量研究

对目前国内关于河道生态需水量的主要研究方法进行了比较分析,针对西南山区小型河流梯级电站减水河段面临的生态需水问题,根据研究河段的河道形态、径流特征和环境特征,确定选用水文学的Tennant法和水力学的R2-Cross法来分别计算研究河段的生态需水量。结合山区小型河流的自身特性,对R2-Cross法的水力参数标准进行了修正,确定了适合山区小型河流的计算标准。通过河道水力计算,综合确定了研究河流的最小生态需水量。

山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验

山区河流山洪过程常挟带大量泥沙,并引发河床剧烈变形,尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段洪水淹没风险。研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用2维水沙动力学数值试验探究上游来沙变化条件下,宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明:当上游来沙充足时,洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷,河床在泥沙输移过程中整体上抬;当上游没有来沙时,河床整体呈现下切趋势。究其原因,主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬,从而导致上游水位陡涨增加水面比降,床面切应力变大,从而提高河道输沙率,而宽窄河段床面起伏增大床面形态阻力,促使上游水位上涨;泥沙来量较少时,河床冲刷为主,水位下降,水面比降趋于变缓。

山区河流河床对漂石的突变响应及其近底水流结构特征

山区河流受暴雨洪水、滑坡和泥石流等灾害的影响,漂石颗粒在河床不断集聚,从而改变局部区域的河床形态及其水流结构。作者基于对野外典型漂石河段的调查和室内概化水槽试验,指出了河床变形及水流运动对漂石的突变响应特征。试验床面分别预铺粒径为2.5和7.0 mm的均匀沙,并在其上放置粒径为15.7 cm的天然漂石,利用声学多普勒测速仪和全站仪测量漂石局部区域的水流结构及河床冲淤地形。试验分析表明:漂石河床局部调整受相对淹没度和床沙粒径的影响,随着相对淹没度的变化,冲坑深度及范围也随之调整,但淤积的最大高度值则趋于稳定;床沙粒径与冲坑深度、范围呈现出较好的线性正相关关系,但其对后者的影响要远大于前者。漂石河床的局部响应主要是因为漂石的存在促使其局部区域的水动力条件变化。在无床沙工况下,漂石局部近底流速分布随着相对淹没度的变化而变化,而在有床沙工况下,其对相对淹没度的变化却并不敏感,但它们都较为符合对数分布。漂石局部的紊动强度及紊动耗散均在漂石下游的Δx≤1.5D范围内出现陡增现象,且随着床沙粒径的增加,紊动强度陡增的幅度变小,其影响范围也随床沙粒径及相对淹没度的变化而变化。因此,山区河流河床漂石对水流运动及河床变形的作用主要表现在局部近底水流结构及紊动统计特征出现陡变特征,从而引起局部冲淤程度加剧,对河床的水沙运动及其稳定形态产生较大影响。

山区河流中小型闸坝工程消能方式比较

为分析消力池方案和急流护坦方案两种消能方式在山区河流中小型闸坝工程上的适用性,以浦西水电站为例,在1∶40的模型上对比分析了两种消能方式在水流流态、河道流速、下游冲刷程度、汛期排沙等方面的异同。结果表明,急流护坦消能方案在各种运行组合下均能获得稳定的流态,且便于汛期排沙,只要措施得当,下游冲刷程度能得到有效控制,较消力池方案更适用于山区河流中小型闸坝工程。

山区河流植被洲滩河段水沙运动特性试验研究

山区河流受水沙条件和河流形态影响,植被洲滩发育丰富,显著改变局部河段的水沙运动及其演变特征。基于室内洲滩模型自然生长植被的水沙试验,探讨了植被与泥沙补给对洲滩河段水流结构及冲淤变形的影响。试验结果表明:植被茎叶加大了对水流的扰动,减缓水流流速,上游补给泥沙在植被周围形成小型沙丘,以波状输移为主;大量来沙条件下,泥沙多落淤洲头及洲尾,促使洲滩快速发育;淹没植被枯萎,茎叶凋落,加剧洲头及洲滩两侧冲刷;植被与上游来沙显著影响洲滩汊道分流特性,加沙和植被茎叶促使左汊分流比降低。因此,山区河流植被与上游泥沙补给调整洲滩汊道过流能力及发育过程,对植被洲滩河段的水沙运动产生较大影响。

水力学及河流动力学基本问题研究的现状与任务

在简要回顾水力学及河流动力学发展历程的基础上 ,概括了本学科当前共同关心的学科交叉、比尺效应、数模鉴定和可持续开发等基本问题。介绍了传统的和新近发展的十个主要研究方向 ,包括水工水力学、河流水力学、环境水力学、电站水力学、生态水力学、海洋水力学、地下水力学、冰水力学、水力学模拟和工业水力学。对基础理论及研究方法、应用水力学和地球物理水力学等领域的若干基本问题的现状与任务进行了探讨。