山区河流水面线计算方法探讨

山区河流坡陡流急,水面线计算受到多种条件的限制,给中小河流治理工作带来难题。该文以粤西山区河流为研究对象,考虑水工建筑物(以堰为例)存在的情况下,采用HEC-RAS、MIKE11及广东水文水利设计计算软件平台三种软件模拟河道水面线,总结分析三种方法的计算特点。结果表明,相较于水文计算平台和MIKE11模型,HEC-RAS模型在模拟有建筑物的山区河流时性能更优。     

HEC-RAS软件在山区中小河流治理工程中的应用

水面线推求是中小河流治理工程中一项重要的基础工作,尤其是山区河流中,流态比较复杂,采用常规能量方程分段推求方法容易出现错误或无解现象.以吉林省抚松县山区河流汤河为例,采用HEC-RAS模型,模拟了20年一遇设计洪水频率下河道水面线.计算结果表明,HEC-RAS软件在分析计算山区河道水面线及河内建筑物对河道的壅水影响时方便实用,软件适用性较好,可供中小河流(尤其是山区河流)治理工程参考使用.图1幅,表2个.     

利用HEC—RAS软件计算山洪沟水面线

本文以桦甸市某山洪沟为例,采用HEC—RAS软件,模拟分析了山洪沟在设计频率洪水下的水面线,为山洪沟治理工程的规模确定提供科学依据。计算结果表明,HEC—RAS软件在分析计算山区急流水面线时有较好的适用性,计算结果对工程有利,在山区河道及山洪沟治理工程中推荐使用该软件。     

山区渐扩性河流水面线计算改进

运用传统的水面线的计算方法计算山区性河流水面线，往往会出现下游断面的水位高于上游断面水位的情况，与实际不符，通过改进动能修正系数的计算方法，使山区渐扩性河段水面线计算结果趋于合理，解决了此问题。对甘肃竹林水电站上游河段水面线进行计算，并与传统方法进行比较，证明该方法对山区渐扩性河流水面线的计算是行之有效的。     

湖北省中小河流水文规划设计方法探讨

针对湖北省中小河流设计洪水和水面线推算中的难点问题,根据不同类型河流,提出了不同的计算推求方法。山区中小河流设计洪水通过流量途径和暴雨途径进行推求;丘陵地区中小河流设计洪水的推求要考虑梯级水库的调蓄作用;平原湖区中小河流水面线推求要结合流域防洪调度方式,并考虑干支流洪水遭遇的复杂情况。按上述方法推求的设计洪水和水面线的成果,已运用于部分中小河流整治工程,结果是偏于安全的。     

水面线计算中值得商榷的几个问题

水面线推求在水利计算中经常出现,从计算种类上分有天然河道水面线、水库回水淹没水面线、水工建筑物过流水面线等。本文介绍了用水力学伯努里方程推求水面线中的糙率、流量模数、局部水头损失和水库回水淹没等问题。     

山区河道水面线和管涵漫水桥壅水计算探讨

对山区河道水面线和管涵漫水桥壅水的精确计算一直是防洪规划和咨询类项目中的一个重点难点。本文简要阐述和分析了以往解决此两方面问题的方法及其局限性。利用HEC—RAS（美国陆军工程兵团水文工程中心-河流分析系统）进行建模分析,对山区河道水面线计算中横断面数据设置的合理性和管涵漫水桥壅水计算中堰流系数、入口损失系数和管壁糙率三个参数的敏感性分别进行了重点探讨,为今后在工程实践中更好的解决类似问题提供了经验。     

用水文学方法确定中小河流域区河段设计洪水水面线

随着城市建设的改造与发展，道路，桥梁、房屋建筑等重要市政工程都必须考虑防洪标准所规定的高程，这就需要对沿河各种设计频率洪水水面线进行计算，确定各项工程的防洪设计标高。中小河流域区上下游河侧面其流域面积差别很大，洪峰流量差别也大，再加上河道内筑有各类壅水建筑物，对洪水面线影响较大，往往用水力学方法计算洪水水面线精度不高。本文通过水文学的方法。结合贵阳市南明河“９１．７”、“９６．７”特大洪水调查资料     

山区河道橡胶坝群蓄水工程水面线计算方法浅析

针对目前橡胶坝群蓄水工程水面线计算中存在的问题,以山西省吕凉市山区河道橡胶坝蓄水工程为例,选择了两种典型工况,从理论上总结了推算水面线的方法,可供类似情况下水面线推求参考。     

几种水面线推算方法的比较

介绍了明渠恒定均匀流法、天然河道水面线系统、HEC-RAS软件及SOBEK软件4种常用的水面线推算方法,并对不同河道进行了水面线推算,然后对计算结果进行了对比分析。结果表明:对于坡度较小且沿程顺直、断面规整的河道,若下游起始水位对上游河道水位影响较小,则可用明渠恒定均匀流法进行水面线推算;若下游起始水位对上游河道水位影响较大,则可采用天然河道水面线系统进行水面线推算;对于断面不规整的缓流河道,水位推算结果大体呈天然河道水面线系统>HEC-RAS软件>SOBEK软件的趋势;对于急流河道,HEC-RAS软件推算的水位比SOBEK软件推算的水位偏高。     

中型山区河流水电站下游的鱼类生态需水量计算

为更好地对中型山区河流水电开发减水河段的鱼类生境进行保护,对鱼类生境水力参数标准构建进行研究。参照大型河流鱼类生境水力参数标准,根据中型山区河流的特点,构建中型山区河流鱼类生境水力参数的推荐标准,并选取有代表性的四川中型山区河流杂谷脑河以及红叶二级、理县、甘堡三电站,对所构建的参数推荐标准的适宜性与可操作性进行分析验证。在适宜性分析方面,根据原型观测结果,验证了所构建的推荐标准能够真实反映中型山区河流鱼类对生境的实际需求;在可操作性分析方面,采用生态水力学法对三电站减水河段的鱼类生境水力参数进行模拟分析,并应用所构建的生境水力参数推荐标准,得到三电站的生态基流量推荐值,通过综合分析可知,所得到的生态基流量推荐值占年均天然流量的比例都不高,在水电工程运行实践中,具有可操作性。通过原型观测与生态水力学数值模拟综合验证所得到的中型山区河流鱼类生境水力参数推荐标准,能反映鱼类对生境的实际需求并具有可操作性。     

An environmental flow method applied in small and medium-sized mountainous rivers

In small and medium-sized mountainous rivers, there are usually hydropower stations in upper reaches as well as widened and heightened river sections in downstream reaches that are close to settlements. The environmental flow (EF) ensures river connectivity and the survival of aquatic organisms. The Tennant and wetted perimeter methods were used to calculate the minimum EF, and the R2CROSS criteria were used to evaluate the rationality of hydraulic parameters. The result shows that downstream areas with large cross-sections may suffer from shallow water depths, insufficient wetted perimeters, and poor overall connectivity of the water bodies, even under the standard EF discharges. A novel method was proposed to ensure EF and sustain suitable hydraulic conditions. The minimum EF calculated by the Tennant method is adopted as the design flow, and a small trapezoidal trough channel is excavated on the wide riverbed of an artificial river section. The width and depth of the small channel are calculated with Manning's equation. As a study case, this method was applied in the Fenglingang River in Zhejiang Province of China. A trapezoidal groove with a depth of 0.74 m and a bottom width of 0.52 m was excavated in the center of Fenglingang River to sustain EF and maintain river connectivity. This small channel not only prevents the river from cutoff, but also enables the water depth and wetted perimeter to meet the demand of aquatic organisms.     

梯级拦水堰与曲线槽岸组合的河道水流特性与过鱼效果研究

为提升少水型河道平时的生态和景观效果,提出了一种侧边开口梯级拦水堰与曲线河槽槽岸组合的河道治理形式,并以梯级拦水堰组合直线槽岸作为对照,分别对应梯级拦水堰淹没和非淹没2种不同水深,进行三维水流数值模拟与水力模型试验,分析了相应的水流特性。又以两种不同体长的草鱼幼鱼进行了通行成功率、通行轨迹和通行时长的过鱼试验。结果表明：在同种试验条件下,组合曲线河槽的试验用鱼通行适宜区占比最大为70%左右,分布范围更大,进一步减小了试验用鱼误入非适宜区的可能,过鱼试验结果也优于组合直线河槽,其中试验用鱼通行成功率最高为86%,较组合直线河槽提高10%,通行时间最短为85.4 s,较组合直线河槽时间最大可缩短31.2%,本文的研究结果可为北方山区季节性中小河流等少水河道的整治和河流生态改造提供一定参考和借鉴。     

弯曲河段水流水质二维数值模拟

弯曲河段水流水质受曲折岸线、水面横比降、复杂地形及相关水工工程等各种因素影响，是水环境问题研究中水动力及水质数值模拟计算的难点之一。采用调节因子为微分表达式的Poisson方程生成正交拟合曲线网格，较好地反映了弯曲河段实际岸线变化；计算模式引入双方程紊流模型，以对弯道产生的局部副流进行模拟，经长江三峡工程坝址河段水流水质的实例计算，取得了较为理想的效果。     

调水对巢湖市河道水质的改善效果及对浮游藻类的影响

以巢湖市封闭河道为研究对象,采用水动力模型和生态动力学模型方法,结合野外围隔试验,探讨了调水对河道水质改善和水华抑制的作用效果,并通过调水试验对模拟结果进行了验证。计算出最优的调水周期,提出了合理的涵闸工程改造与科学的引排结合的措施。结果表明:调水能够使河道的水动力条件得到显著提高,平均流速均大于0.10 m/s,高于浮游植物生长临界流速,换水频率在21 d以内。通过一次调水试验表明模型的计算结果比较合理,科学合理的调水能达到抑制有害蓝藻水华在夏季暴发的目的。     

开潭水利枢纽河道行洪影响分析

采用无结构网格的有限体积法二维数学模型,模拟浙江省丽水市开潭水利枢纽工程建设对上游铁路大桥行洪的影响。根据河流的特点,采用四边形和三角形混合网格剖分,并耦合过闸的水力计算,对方程联立求解。结果表明该模型能较好地模拟河道的水流特性和涉水工程建设后的影响,成果为管理部门决策提供了依据。     

山区跨河桥梁的阻水壅高影响研究

桥梁阻水壅高对河道泄洪存在一定不利影响,山区河段跨河桥梁的壅水特性具有一定的复杂性。采用一维水流数学模型法,研究了山区河段不同桥型方案对河道阻水壅高的影响。结果表明,流速、阻水比与桥梁壅水密切相关,流速较小的情况下,壅水值对阻水比的差异更敏感;阻水比总体不大的情况下,壅水值对流速差异更为敏感。山区河段总体流速较大,桥梁防洪评价阶段需充分考虑河道特点优化桥梁布置方案,减小对河道泄洪的影响。     

桥巩水电站一期导流水力计算

桥巩水电站一期导流通过束窄的河床过流,采用非棱柱体明渠恒定非均匀流水面曲线的逐段试算法进行水力计算。经与水工模型试验结果进行比较,其计算精度可以满足工程要求。     

资料短缺平原河流的生态需水量计算——以通顺河武汉段为例

各类计算生态需水量的方法多需要长序列实测的水文或生境资料,无法直接适用于资料短缺的河流。在实测资料短缺的平原河流通顺河武汉段上布置10个典型断面,利用人为设定的多级试算流量来替代长序列实测流量,利用MIKE11软件模拟推求河道典型断面水力参数(河宽、水深、流速和湿周等)随流量的变化关系;在此基础上,依据平原河流滩槽明显的特点,选用水力学法中基于水力参数与流量间相关关系的湿周法和生态水力学法分别计算研究河段的生态需水量。计算结果表明,通顺河武汉段的河道基本形态得以维持和生物基本栖息地得以保障时的生态需水量应为26 m³/s。所提出的计算方案能较好地推求资料短缺地区平原河流的生态需水量,也可为类似河流的生态需水计算提供一定的参考。     

Modelling and analyzing flow diversion in branching channels with symmetric geometry

This paper aims at the investigation and analysis of numerical and laboratory modelling of flow in branched channels with symmetrical geometry and varying hydraulic conditions. Details of velocity and water‐level profiles in branching locations are discussed. In some low‐slop regions like plains, rivers may be branching; or in alluvial plains where the slop is low, meanders may appear. On the other hand, in the mountainous and semi‐mountainous areas with relatively steep slops, arterial rivers can be formed. Therefore, it is important to learn the behaviour of rivers in branching location and to simulate water flow in branching part of rivers. Details of two‐dimensional numerical model in a main channel and secondary downstream branches are explained and results are analysed and compared against experimental data. With respect to the numerical simulation, velocity and depth in different sections of laboratory model are calculated and the corresponding profiles are developed. The water‐level profiles are calculated and drawn using both the numerical and experimental models. Some long narrow eddies are predicted along internal bank of junction. The comparison of numerical and experimental models proves reasonable results for this research. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.