河流交汇分离区特性研究

该文采用k-ε双方程模型模拟流场,选用VOF模型模拟自由面,依据物理实验条件对交汇式河流进行了三维数值模拟,成功模拟出了分离区的出现、分离区的几何尺度、交汇区域的水位变化等现象.数值模拟结果与应用声速多普勒流速仪(ADV)测量的试验结果吻合较好.研究表明:在汇口下游主流右侧出现分离区,分离区流速较小甚至出现回流现象,分离区的形状随着入汇角的减小而变得狭长,分离区的尺寸随着入汇角度和汇流比的增大而增大.本模型不仅对排污口的设计、河道治理等具有重要指导作用,还可进一步用于研究交汇区域的污染物扩散.     

等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟

明渠水流的交汇现象在涉水工程中十分常见,其中交汇口流速的分布特性复杂,对渠道的设计与维护有着直接的影响。针对明渠交汇流的流速分布特性,基于雷诺方程模型（RSM）与体积函数法（VOF）建立等宽明渠交汇流三维数值模型,结合物理试验数据进行模型验证,对不同交汇角与流量比组合工况进行模拟研究,对交汇口水流流速的分布特性进行分析。计算结果表明,交汇口流速存在分区特征,交汇口内流线弯曲流速偏转,下游会出现回流结构与断面环流现象。当交汇角增大时,水流的偏转幅度更大,回流结构与环流现象增强,分区特征更明显,渠道边壁受到的水体冲击更大;当流量比增大时,主渠水体受到的挤压效应减弱,流速分区特征受到抑制,水流交汇更平顺,边壁受到的冲刷更少。     

“Y”型汇流区水流结构试验研究

在天然水系和城市排水系统中存在许多干支流交汇,在汇流区水流结构紊乱,严重制约着该区域水沙运动及河床调整,进而影响岸坡稳定及航道水流条件,并且污染物也容易在该区域滞留。鉴于此,通过概化模型试验研究了"Y"型汇流区的水流结构,再运用Tecplot等软件对试验数据作可视化处理。结果表明:汇流区三维流速图存有两个高速区和一个中间低速区;随汇流比增大,支流侧高流速区范围增大,干流侧高速区范围相应减小,同时水流动力轴线汇流点往下游移动。     

交汇河道水动力特性和污染物掺混规律研究综述

水流交汇广泛存在于天然河流中,通过交汇口作为节点连接大小河流形成水系乃至河网。交汇河道不同于单一河道,其交汇口上游壅水下游回流,存在分离区、最大流速区、压缩区等,具有独特的水流特性和污染物输移规律。从不同的角度对交汇河道进行了分类,强调了交汇河道的水动力特性和污染物输移特性研究的重要意义。从原型观测和模型试验、数值模拟和理论分析方面分析评述了交汇口水动力特性和污染物输移规律的研究现状和研究成果,讨论了研究现状存在的问题并对该领域的研究方向进行了展望。     

入汇角为30°时交汇区水流结构试验研究

通过水槽试验,应用声速多普勒测速仪(ADV),研究了入汇角为30°时,支流斜接主流交汇区及其附近的三维水流结构,获得了不同主支汇流比下的三维流场及其脉动特性.试验表明:在交汇区三维流场中,产生了回流分离区,其中并伴随环流结构,大大改变了单一明渠中的流速分布及脉动特性.在入汇口下游主流右侧(入汇口一侧)水流脉动强度在z/h＝0.2处易出现极大值,其形成机理还有待验证.     

瓜洲泵站交汇区域水流特性分析

瓜洲泵站下游引河与古运河交汇区域水流流动较为紊乱,对船舶航行安全存在一定影响。通过CFD数值模拟可知,交汇区域以弯道水流进入下游引河,主流流速低于下游引河平均流速;靠近瓜洲闸枢纽侧出现大尺度回旋,回流区水流平均流速在0. 2 m/s以内,最大回流流速不超过0. 35 m/s,且最大回流流速分布靠近翼墙圆弧段;船舶航行靠岸侧区域的横向流速小于0. 15 m/s,纵向流速在0. 5 m/s以内;随着水深的增加纵横向水流流速有所下降;交汇区域主流最大流速小于下游河床不冲流速,抗冲满足规范要求。分析成果对类似工程设计具有一定的参考价值。     

堆积体对河道流速分布的影响研究

通过水槽实验研究,分析了河流的水流流速分布受堆积体影响的特性,其结果表明:(1)受堆 积体影响,水流流态一般可分为4个区段,即水流的主流区、堆积体上游滞流区、堆积体下游回流区及 堆积体下游主流区和回流区之间的过渡区。(2)堆积体体型对主流流速沿程变化影响很大,一般阻水率 越大,其对主流流速影响幅度越大,影响范围也越大。堆积体上游段,主流流速受堆积体影响流速减 小;堆积球权段,主流流速显著加大,堆积体末端附近,流速达到最大;堆积体下游段,水流逐渐扩散, 主流流速逐渐减小,但主流流速仍较无堆积体情况明显加大。(3)水流主流流速变化与流量之间无确定 相关关系,堆积体对主流流速沿程影响特性完全与堆积体阻水率的变化特性相一致。(4)引入堆积体阻 水率概念,堆积体的阻水率对水流结构的影响起决定性作用,阻水率越大,其对水流结构影响越大。     

入汇角为30°时交汇区水流结构试验研究

 通过水槽试验，应用声速多普勒测速仪（ADV），研究了入汇角为30°时，支流斜接主流交汇区及其附近的三维水流结构，获得了不同主支汇流比下的三维流场及其脉动特性。试验表明：在交汇区三维流场中，产生了回流分离区，其中并伴随环流结构，大大改变了单一明渠中的流速分布及脉动特性。在入汇口下游主流右侧（入汇口一侧）水流脉动强度在z/h＝0.2处易出现极大值，其形成机理还有待验证。     

干支流直角交汇区水流泥沙运动特性初步研究

通过总结前人有关干支流直角交汇区水流泥沙运动研究成果,归纳了干支流直角交汇区的分区水流泥沙运动特性,初步探讨了交汇区局部水头损失计算方法,提出了新的包含水深比及回流长度的局部水头损失系数计算公式,采用长江科学院水槽试验成果对计算公式进行了验证。验证结果表明：在汇流比较小时,计算与试验成果吻合较好。     

复式断面河道“Y”型交汇河口水流水力特性

通过制作交汇角为90°的复式断面河道“Y”型交汇河口模型,利用三维声学多普勒流速仪(ADV)和测针获取流速及水位数据,对支流河口处的水流流态包括水面形态、水流流速和水流分区进行分析。结果表明复式断面河道交汇口处流场具有很强的紊动特性,其中分离区问题是航道整治和有关环境部门应重视的部位。     

交汇角对明渠交汇口污染物输运特性影响的数值模拟分析

针对等宽矩形断面明渠交汇口建立三维两相流水动力-污染物耦合数学模型,将污染物视作保守物质,不考虑其降解作用。该耦合模型以雷诺应力模型为基础,定量研究不同交汇角工况下交汇口的分离区几何特性及污染物输运规律。计算结果表明：交汇口分离区几何形状、污染物分布特性均存在明显的三维特征,且受交汇角影响;交汇角较大时分离区的几何对称性更强,不同交汇角下断面环流的位置不同,污染物的分布也不同,污染带最大宽度、混合界面宽度均随交汇角的增大而增大;分离区及其上游污染物混合速率随交汇角的增大而加快,在流速恢复区及其下游,混合速率基本不受交汇角影响,其沿程变化符合指数函数关系。     

感潮河段交汇区水流特性数值模拟 --以宁波三江口为例

河流交汇为城市的发展提供了便利,对区域防洪、航运及河道演变影响重大。针对感潮河段交汇区域特有的非恒定往复流条件,以宁波三江口为例,运用Delft-3D建立二维水动力数学模型。基于实测水文和地形资料,引入四种评估参数对模型进行了率定与验证。重点分析了洪、枯两季涨、落急时刻,交汇区流速分布及水面形态等水流特性。结果表明:涨潮时,交汇区流场可类比分叉水流;落潮时,则为交汇水流;交汇区顶点及左支入汇侧下游存在两个低流速区,并可形成分离区;汇流区流速整体呈落潮大于涨潮的趋势,洪、枯季间最大流速相近。此外,涨、落急时刻典型特征断面水面呈单一横比降,且落急时刻比降明显大于涨急时刻;落急时,交汇口水面呈混合层附近高,两侧低的"马鞍形"分布。     

明渠交汇流分离区形态及二次流强度分析

采用基于雷诺应力模型与体积函数法的等宽明渠交汇流三维数值模型,对7种交汇角和3种流量比的21种组合工况进行了模拟计算;采用基于主流向流速的等值线法定义分离区,对分离区尺度及其三维形态进行了分析,并根据断面涡量值的计算结果对交汇口下游二次流强度沿程分布规律进行了归纳总结。结果表明:当流量比增大或交汇角减小时,分离区的水平尺寸变小,平面形态变狭长;分离区域平均水深随着流量比或交汇角的增大而降低;交汇口下游二次流强度随着流量比的增大而逐渐减弱;在交汇口附近二次流强度受交汇角影响较大,沿主流方向交汇角影响逐渐降低。     

水流交汇区的水动力学特性数值模拟

为开展水流交汇区污染物浓度分布研究,进行水流交汇区水动力学特性的数值模拟,建立适用于水流交汇区的水气两相流数学模型。模型采用Weber试验数据进行验证,验证结果表明模型模拟的自由水面、流场与试验结果吻合较好。针对交汇区浓度分布试验的研究需要,模拟分析了不同交汇角、流量比和动量比对交汇区水动力学特性的影响。研究结果表明:分离区的范围随交汇角、流量比和动量比的减小而逐渐缩小直至分离区消失,交汇角、流量比和动量比越小,交汇口上游水位的壅高及分离区内水位的下降程度越不明显。     

南京市梅龙湖汇水区入湖污染负荷估算及对策研究

通过现场调研和水样分析,估算梅龙湖汇水区入湖污染负荷量,明确主要污染负荷来源,并提出有针对性的水环境质量提升措施。分析结果表明:梅龙湖水体为IV类水,其中TN和TP严重超标,为中度富营养化;从上游污水处理厂出水口至湖体,污染物浓度沿程逐渐降低,总体表现为污水处理厂出水浓度新林村附近河道水样浓度国道北侧湿地出水水质梅龙湖湖体水质;农田面源污染物和污水处理厂出水是梅龙湖水体污染的主要来源,其中污水处理厂出水中TN、TP、COD_(cr)和NH_3-N负荷量均占总负荷量的72%以上;通过布置"雨水蓄积装置"、厨余垃圾堆肥器、分散式人工湿地和一体化污水处理装置等,可以大幅提升梅龙湖水环境、生态环境质量,并有效削减梅龙湖汇水区入湖污染负荷量。     

分汊河段河中布置船闸水沙碍航特性研究

分汊河段的汇流口水沙条件复杂多变,为保证航道稳定及船舶航行安全,分汊河段水利枢纽平面布置时一般将通航建筑物布置于其中一个汊道的靠岸侧。受工程建设条件限制需将通航建筑物布置于分汊河段河中时,既存在流态碍航问题又存在泥沙淤积碍航问题。针对布置于分汊河段洲尾汇流段的已建桃源枢纽船闸存在的通航条件较差的问题,采用整体定床水流、定床输沙与遥控自航船模试验相结合的研究手段,开展了船闸下游口门区水沙碍航特性试验研究。结果表明:水流条件是导致流态碍航与泥沙淤积碍航的根本因素,左、右汊不同下泄水流在汇流段形成单边突扩或水流掺混交汇,致使下游口门区所处的汇流段水流流态差且推移质泥沙落淤碍航,分汊河段船闸河中布置应慎重考虑。     

涵闸枢纽引水工况水力优化数值模拟研究

奔牛水利枢纽下游引河(新孟河侧)与节制闸、船闸引航道附近及其口门区域交汇,区域水流流态较为紊乱,对船舶进出闸的安全存在一定影响。应用大型商业软件建立奔牛水利枢纽新孟河侧水流三维数学模型,划分全六面体网格,采用CFD数值模拟方法分析。通过船闸下游引航道区域三维水流水动力学的计算成果可知,对于船闸与主河道成一定角度布置时,导流墙长度对引航道流速分布影响很大,导流墙长度过长或过短都对船舶航行都带来一定安全隐患;通过水力优化,推荐方案的船闸引航道内水流纵横向流速分布及回流区流速大小均符合JT J305—2001《船闸总体设计规范》要求,能够确保船闸安全高效运行。     

长江乌江交汇口水力特征数值模拟分析

采用SMS水动力学软件构建二维数值模型,对长江乌江交汇口水域在不同汇流比下的水面形态、流速分布及交汇口处分离区、滞留区等位置进行分析可知,计算河段水面存在横比降,弯道处凹岸水位壅高,凸岸水位跌落,且在上游交 汇角处形成滞留区;交汇口下游水文断面支流侧形成分离区,分离区外侧水流流速明显增大,形成最大流速区.其成果可 ...     

南津渡水库闸坝下游河床冲刷问题的试验研究

通过物理模型试验,利用NDV对泄水闸下泄水流右侧区域的三维流速进行测量,重点分析尾坎下游主泄流区和回流区的的水流特性,研究水流对河床的影响,分析南津渡水库闸坝下游河床冲刷破坏的原因。试验研究表明,造成南津渡水库下游回流区河床冲刷的主要原因是流速的分布特点,而造成主泄流区河床冲刷的主要原因是下泄水流所携带的紊动能。     

堆积体作用下陡坡河道流速沿程及横向分布规律

滑坡、泥石流等灾害过程,常在河流岸边形成大型堆积体,缩窄了主河道过流宽度,对主河道水流运动产生影响.通过水槽试验,研究了堆积体作用下陡坡急流河道流速沿程及横向分布规律.试验结果表明:受堆积体影响,水流流态一般可分为上游低速区、主流区、下游回流区及堆积体下游段折冲水流与隐蔽区缓流相遇而形成的斜向水跃.堆积体的壅水作用对主流区流速沿程分布影响较大,随堆积体尺度的增加,对主流流速影响增大,影响范围加大.堆积体上游段,主流流速受堆积体影响减小;急流条件下,堆积体段的过流断面束窄,过流能力降低,主流流速较天然状态有所降低,出现急、缓流过渡,堆积体末端逐步恢复至天然状态.堆积体下游临近断面流速大小与天然状态基本一致,沿横断面的流速比天然状态略有增大,对岸流速则略有降低,随堆积体规模的增加,流速横向变化幅度增大.