顺直型与宽窄型复式河道水沙分布规律的比较

本文在总结水槽试验资料的基础上．对顺直型及宽窄相间型复式河道的过流能力、流速及含沙量分布特性进行了比较分析。研究结果表明，两种复式河道的水沙分布具有一定的相似性，但也存在着较大的差别，并对其产生的原困进行了初步探讨。此外，通过比较滩槽流速比及滩槽流量比可以知道．宽窄复式河道的滩槽动量交换较顺直复式河道强烈。     

山区宽窄相间河道平面二维水流数值模拟

针对山区河道受地质条件及河床演化的影响,其平面形态常呈现宽窄相间的渐变形态特征,采用贴体坐标法剖分正交贴体曲线网格求解域,用有限体积法离散控制方程,以SIMPLER计算程式求解耦合方程,建立山区宽窄相间河道平面二维水流数学模型。将模型计算值与宽窄相间水槽水流试验实测值及水动力学SMS软件计算结果进行比较,结果表明:该模型能够较好地模拟宽窄相间河道平面二维水流运动特性,宽窄相间河道河宽渐变将引起水深和流速的变化,在河道最窄处水深降到最低,流速最大;在河道最宽处水深达到峰值,流速最小。     

明渠均匀流的摩阻流速及流速分布

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验，利用实测流速资料，对明渠均匀流摩阻流速的各种方法（雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等）的计算结果进行了对比，并分析了流速分布。结果表明：（1）利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考虑边壁影响；（2）包含尾流函数的对数-尾流公式比单一对数公式可以更好的符合实测数据。用单一对数公式描述垂线流速分布时，应采用较小的Karman常数；（3）现有大量明渠均匀流实测资料中，用常用的Karman常数（x=0．4）时单一对数公式仍可以较好的表示全水深流速分布是因为采用了较大的摩阻流速。     

南黄海辐射沙洲西洋水道垂向流速分布计算研究

利用传统对数分布描述潮流垂向流速分布时,常与现场实测资料有所偏差。考虑到悬沙垂向分布不均造成的水体分层效应,引入水体分层参数对动量传递系数进行修正,将悬沙垂向指数分布公式应用到流速分布计算中,推导出悬沙梯度引起水体分层效应时的垂向流速分布公式。与南黄海辐射沙洲西洋水道实测流速数据的对比分析表明,该分布与实测数据的相关程度明显高于传统对数分布,垂向流速分布结构更加符合实际情况。由于悬沙在水体底层的减阻作用,得到的摩阻流速小于由对数分布得到的摩阻流速,可以真实反映西洋水道内潮流底部的摩阻特性。     

山区宽窄相间河道不同流量下水流结构研究

为了研究山区河流宽窄相间河段不同流量下水流结构特性,以雅安宝兴河上游河段为研究对象,概化实际河道,并建立三维水流计算模型。结果表明①小流量下,窄段上游无明显壅水现象,宽窄相间河道显现出与顺直河道相似的特性,随着流量的增加,窄段上游壅水剧烈,宽段到窄段沿程断面平均流速呈现“增加—相对稳定—骤减—相对稳定—增加”的分布规律;②受河宽、壅水和回流影响,不同流量工况下宽段横断面的水流特性分布较窄段更加复杂,且在宽段的壅水区与非壅水区流速分布规律差异亦较大;③不同流量状况下,宽段床面剪切力剧烈变化将造成卵石沿程运动的不连续性,宽段河床呈现周期性往复发展的复归性变形,从而维持了宽段河床结构的稳定,而在窄段,河道在较大的床面剪切力长期作用下,形成了与周围环境相适应的河床结构,以消耗窄段较大的水流能量,从而保护河床的稳定。     

宽窄复式河道水流运动特性的试验研究

在分析水槽试验资料的基础上，首次对宽窄复式河道的滩槽过流能力、断面平均流速、垂线流速及横向分布等水流运动特性进行了研究．研究结果表明，宽窄复式河道的主槽流量随着滩槽宽度比的增大而减小，滩地流量随着滩槽宽度比的增大而增大；水流发生漫滩之后，随着水深的增加，主槽流速先减小后增加，滩地流速不断增加，二者的变化幅度与滩槽宽度比有关；在大部分区域内垂线流速偏离对数分布，主槽一般偏小，滩地偏大；垂线平均流速沿横向分布与一般复式河道相似，但滩槽流速差别减小．     

样本容量对明渠垂线流速分布对数公式拟合的影响

针对明渠垂线流速分布测量样本容量对对数公式拟合的影响问题,通过水槽试验,应用激光多普勒测速仪,在0.2倍水深内布设110个点进行垂线流速测量;按相对等距原则,从110个测量数据中共生成11组不同样本容量的流速系列进行统计分析。结果表明:试验测得的垂线流速分布符合对数公式;对数公式拟合所得的摩阻流速、积分常数及其统计变量相关系数和变差系数随样本容量大小的变化而变化,当样本容量逐渐变大时,渐渐趋于稳定,符合统计理论的大数定律;合理反映垂线流速分布变化的试验,其测点需要一定的样本容量;试验得到的垂线流速在间距分布比较均匀的条件下,0.2倍水深内所需样本容量为50左右。     

黄陵庙水文断面垂线流速分布特性研究

  为进一步利用天然河流实测资料检验垂线流速分布的指数与对数规律,采用多普勒剖面流速仪在黄陵庙水文断面中实测的不同垂线与不同流量情况下的瞬时流速资料,计算了时均流速的垂线分布,并与指数和对数流速分布公式计算的结果进行了比较分析。结果表明,黄陵庙水文断面不同垂线水流的时均流速分布符合对数与指数分布规律。然而,在不同水流与边界条件下,其指数公式中的指数大小与对数公式中的有关参数有所不同。通过对黄陵庙水文断面垂线流速分布特性的研究,丰富了对天然河流垂线流速分布规律的认识。     

黏性原状土起动流速试验研究

针对黏性原状土难以被水流起动、冲刷的特点,设计了专门的封闭矩形管道,使水流的平均流速完全满足黏性原状土起动、冲刷的要求。在水槽满足起动冲刷要求的前提下,采用粒子测速系统（PIV）对管道断面流速分布进行了测量,分析论证了管道的阻力规律,并比较了有压管道与开敞水槽试验结果。分析结果认为,在水流流速不是太大时,有压管道的阻力规律符合对数律。在通过试验取得垂线流速分布的情况下,可以利用对数流速分布公式计算摩阻流速,进而计算边界水流切应力,再根据谢才公式,可将起应力换算成相应河道的起动冲刷切应力。     

河道中受侧壁影响的断面流速分布规律研究

断面水流流速分布是研究河道水流泥沙运动规律的基础。天然河流断面形态不同,其流速分布特性也有差别:对于比较宽浅的河道,侧壁对断面流速分布的影响较小,流速沿垂线分布梯度较大,垂线上最大流速一般位于水面,垂线平均流速沿河宽方向(横向)分布较均匀;对于较窄深的河道,侧壁对流速分布的影响较大,流速沿垂线分布较均匀,垂线上最大流速一般位于水面以下,垂线平均流速沿河宽分布梯度较大,因此,对于较窄深的河道必须考虑侧壁对流速分布的影响。本文在分析天然河道流速分布特性的基础上,从紊流的雷诺方程出发,推导获得了水流受侧壁影响的横断面流速分布公式和垂线平均流速沿河宽分布的公式。公式计算结果与水槽试验和天然河流实测流速分布资料的比较分析表明,公式能较好地反映流速沿垂线和沿横向的分布特性,具有较好的理论和实用价值。     

漫滩水流水沙运动规律的研究

本文根据漫滩水流的运动特点，将漫滩水流的复式断面分为主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区及边壁区等4个区，并给出了各区宽度的经验公式.根据滩槽交互区垂线流速分布的变化特点，提出了附加尾流函数的对数流速分布公式.在简化水流运动方程和泥沙扩散方程的基础上，对滩槽交互区内垂线平均流速及含沙量沿横向分布进行了理论分析，提出了反映滩槽水流动量交换强度的横向涡量粘性系数及横向扩散系数的表达式，得到了漫滩水流垂线平均流速及含沙量沿横向分布的解析解，并与实测资料吻合较好。     

同侧竖缝式鱼道结构优化数值模拟研究

鱼道是保证鱼类能顺利洄游的过鱼设施。通过竖缝相对宽度分别为0.05,0.10,0.15,0.30,底坡为10%的鱼道模型进行数值计算。采用可视化显示及数据分析的方法分析不同竖缝相对宽度、底坡条件下的同侧竖缝式鱼道的水流结构特征。通过模型模拟,分析水流沿水深方向的流速分布情况、主流区最大流速沿程分布及沿程衰减情况,以及在不同竖缝相对宽度和(或)不同流速情况下的紊动能分布情况。综合各物理量的分析,得出竖缝相对宽度b₀/B=0.15、底坡为10%时,水流在池室内能形成较好的适合鱼类洄游的流态:主流区水流横向扩散范围适中,主流区最大流速沿程均匀衰减,回流区面积较为对称,流速较小。     

复式断面河槽流速横向分布及其对滩唇形成的影响

通过对水流微小控制体进行受力分析,建立了复式断面流速横向分布模型,该模型考虑了侧向副流惯性力的影响。采用实验资料对该模型进行检验,模型计算值与实测值符合较好。运用该模型计算了不同条件下复式断面流速和挟沙力的横向分布,并定量分析了横向分布特性对滩唇形成的影响。分析表明,水流漫滩时,复式断面的横向挟沙力变幅较大,尤其是在主槽和河漫滩交界处,挟沙力减小迅速,而含沙量减小相对较小,泥沙发生淤积,容易形成滩唇。单从水流挟沙力角度考虑,水流漫滩后水深越小、滩槽的糙率差越大,越容易形成滩唇。     

DETERMINATION OF RESISTANCE TO FLOW IN ICECOVERED CHANNELS USING SEMI-LOGARITHMIC VELOCITY DISTRIBUTION

1.INTRODUCTIONTheformationoficecoveronflowingwatergreatlyaltersflowcharacteristics,resultinginthechangeofvelocitydistributionandtheincreaseofflowdepthincomparisonwithfreesurfaceflowwiththesamedischargeduetotheincreasedresistancecausedbyanadditionalsolidboundary.Fromengineeringpointofview,estimationofconveyingcapacityofice--coveredstreams,orcalculationofwatersurfaceprofilealongriverreachwithicecoverisveryoftenrequiredinrivermanagementinvolvingtheoperationofreservoirswhenreleasesbaseduponthe…     

受边壁影响的矩形光滑明渠垂线流速分布研究

当明渠宽深比较小时,由于边界剪切应力分布不再是均匀的。垂线流速分布由底向上,从某一高度开始,在该点以下为对数分布,在该点以上为抛物线分布。本文在已有研究理论的基础上,验证了流速最大点位置α分布公式的正确性,提出了光滑矩形明渠各垂线上流速分布的新抛物线公式。     

峡岛湍流海域水流力荷载计算方法探讨

与常规明渠流断面流速对数分布形态不同,外海连岛间海域断面流速呈现出复杂的分布特征,其主要原因在于凹凸不平海床面对海域流场分布有很大的影响。通过室内模型试验发现,峡岛湍流海域垂线流速基本呈二次抛物线分布形态,随后通过分析计算提出了以等效坡度为主因子的湍流流速分布公式。该公式计算结果与现场实测结果比较吻合,同时还给出了以抛物线分布形态为基准的水流力荷载计算修正系数。研究成果可为峡岛海域的工程结构设计提供参考。     

《南水北调与水利科技》优先数字出版声明

The turbulent flows through the channels with abrupt cross-sectional changes are common and importantphysical process in nature.For a better prediction of the mean flow and turbulent characteristics for this problem,atwo-dimensional depth-averaged numerical model is developed.The model is robust and accurate in reproducing therecirculation flow behind a groyne and turbulent flows in channels with abrupt cross-sectional changes,when com-pared to the available experimental data of mean velocities and turbulence kinetic energy.Our results reveal that theabrupt cross-sectional change of a channel can affect the flow pattern significantly and introduces the complex turbu-lence characteristics.In particular,when the channel has an abrupt expansion,the mean flow pattern is mainly in lon-gitudinal direction with rather small transverse component.Meanwhile,a recirculating region forms behind the expan-sion position and the turbulence has very strong intensity within this region.For the flow in the channel with an ab-rupt contraction,the longitudinal component of the flow is decreased by the obstruction on one side and accelerated onthe other side,whereas the transverse velocity is small.The turbulence is extraordinarily strong in the regions adja-cent to the contraction wall in the narrow channel.In both cases of abrupt cross-sectional changes,the TKE is genera-ted dominantly by the shear of the longitudinal velocities.