挟沙水流综合糙率系数的研究

在现有研究成果的基础上，通过分析大量天然河道实测资料和他人的水槽试验资料，发现在挟沙水流中，综合糙率系数与水深、流量的相关性较差；与含沙量的相关性较好，并且糙率系数随含沙量的增加先减小后增大；在一定佛氏数条件下，糙率系数与佛氏数的相关性最好，且随佛氏数的增加而减小，可以根据佛氏数来计算糙率系数，但在较大佛氏数后，二者关系出现“向上翘”现象。     

引洮总干渠明流过流能力研究

引洮供水工程要求总干渠在水库死水位时能够保证明流通过加大流量。隧洞明流过流能力与进口体型、洞内水深密切相关,计算显示,流量对洞内水深比较敏感。通过局部水力学模型试验,率定了洞内水深和流量之间的关系,结合糙率影响分析,证明总干渠在水库死水位不能通过加大引水流量。从流态、断面比能和模型比尺效应3个方面分析了总干渠死水位过流能力不足的原因,提出了加大过流能力的建议,认为减小隧洞糙率是保证在水库死水位时引取加大流量的最优措施。     

挟沙水流综合糙率系数的影响因素及计算方法

在现有研究成果的基础上,通过分析大量实测资料,发现挟沙水流综合糙率系数的影响因素主要有床沙组成、含沙量及弗劳德数,而糙率系数与流量、水位的相关关系较差。以含沙量、床沙中值粒径和弗劳德数为输入因子、以糙率系数为输出因子建立了BP网络模型和根据弗劳德数计算综合糙率系数的拟合公式,以及黄河上应用较多的赵连军、张红武公式,均是目前较理想的计算挟沙水流综合糙率系数的方法。     

基于原型观测的输水渠道糙率取值及变化分析

为了研究长距离渠道糙率的合理取值,依据北疆输水工程总干渠2011—2016年逐日水位、流量数据,采用曼宁公式反算典型断面糙率,并构建一维非恒定流水动力模型对渠段糙率进行校核,分析长距离渠道糙率在渠段间的差异及边壁粗糙度随运行时间的变化情况。结果表明:断面的实测糙率与顺直渠段糙率相符,总干渠顺直段糙率在0.015～0.016,弯道明显的渠段,弯度校正因子在1.15～1.50,大小与弯道复杂程度相关;渠道糙率随运行时间呈增长趋势,总干渠等效粗糙度中期运行的年增幅约为18.54%。     

不同床面下极细沙水流对糙率影响的试验研究

利用天然黄河极细沙进行了不同床面、不同流量、不同含沙量情况下极细沙水流对糙率影响的水槽试验.结果表明:光滑水泥床面以及在光滑水泥床面上加糙的床面,均有减阻现象但不明显;在粗糙床面上,糙率系数随含沙量的增大而减小,但当含沙量为60～100 kg/m3时,糙率变化比较平缓,超过100 kg/m3时,糙率随含沙量的增加而减小;对于不同级配的悬沙,当含沙量超过某一临界含沙量时,糙率随含沙量的增大而减小,且细颗粒含量越大,减阻现象越明显.     

韩墩总干渠淤积和冲刷原因分析及对策

韩墩灌区是1988年被国家列为节水技术改造试点的大型灌区,总干渠于1990年和1991年先后两期完成了防渗衬砌工程改造,工程运行20年来效益显著。但是自1999年黄河流域实行按指标供水以来,总干渠道经常处于小流量运行状态,并且不同的引水时期通过的最大流量和最小流量相差较大,导致了总干渠内出现了淤积和冲刷不平衡的状况,影响了渠道的防渗效果和良性运行。为此,韩墩引黄灌溉管理局对总干渠进行了测量。测量结果表明：2007-2008年输水中,总干渠没有新的淤积,两年的测量断面相似,现状横断面似复式断面。实践证明,复式断面利于泥沙的输送,当引黄渠道通过的流量相差较大时宜采用复式断面,若将韩墩总干渠缩改为复式断面并采取渠底防冲措施,韩墩总干渠输水可实现不冲不淤。     

南水北调中线工程总干渠水面线研究

南水北调中线工程总干渠设计需要3条特征水面线,即:设计水面线、设计流量水面线、加大流量水面线.合理地确定特征水面线,对于总干渠设计、工程投资及安全运行影响重大.就建立总干渠数字模型的必要性与可能性进行了研究,在数字模型上进行设计流量水面线和加大流量水面线的计算,并就过水建筑物的壅水特性及桥墩、渠道变截面对水面线的影响进行了分析.还就总干渠在运行过程中如糙率、建筑物渐变段水头损失系数发生变化时,可能对水面线的影响作了敏感性分析.     

非均匀沙床面粗糙度的分形特征

本文在分析非均匀沙床面颗粒随机分布特性的基础上，对床面颗粒暴露度函数关系进行了分析，通过简化颗粒的排列方式，利用分形理论研究了初始及粗化床面糙度的分形特征，结合实验资料讨论了床面糙率n与糙度分维数D的关系，并与床面糙率n和代表粒径(d50、d90)的关系进行了比较，初步认为对于初始床面分维数与床面糙率具有更好的相关关系，而粗化床面两者代表性基本一致，为更好地研究床面糙率、泥沙起动及其输沙过程提出了一种新的研究方法。     

黄河口典型灌区总干渠冲淤与水沙条件的关系

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法，研究了簸箕李灌区总干渠冲淤与水沙条件的关系。研究结果表明，由于黄河水沙条件的变化，特别是小浪底水库运用以来含沙量的明显降低，致使簸箕李灌区引沙量减少，进入总干渠的沙量减少，总干渠年均淤积量的变化趋势是变小；总干渠年均淤积量与进口含沙量有良好的定性关系，冲淤平衡的进口含沙量为5～20k/m^3，渠道合理的工程改造对于提高渠道的输水输沙能力作用十分显著。     

不同加糙方式对明渠水力要素的影响探究

渠道糙率的变化会造成渠道各个水力要素产生相应的改变。通过对梯形渠道进行不同方式的加糙,并用电磁流速仪测量流速,分析在不同加糙方式下流速变化、不同形状的加糙形式对水流流速引起的变化以及糙率和各水力要素之间的关系。分析结果表明：当流量不变、加糙方式一定时,糙率随着设计水深的增大而增大;断面平均流速随着糙体间距的增大而增大;当流量不变、水深一定时,糙体布置间距越小,水流的纵向紊动强度越大;水深和糙体间距不变时,随着流量的增大,水流的纵向紊动强度增大,但变化不明显。     

水力学推流模型的室内水槽验证

利用室内水槽，对水力学推流模型进行了试验验证。结果表明：模型中使用的“糙率”不是真正意义上的河道糙率，不能直接利用由测验河段上、下断面比降观测获得的糙率作为模型“糙率”推算洪水流量，但可以利用测流断面实测水位和流量过程，按水力学推流模型推求“综合糙率”，建立水位一综合糙率关系，再用此关系与实测水位过程推算实时洪水流量，达到洪水流量自动测报的目的。并比较了该法与利用水位一流量关系推流的精度差异。     

引洮供水一期工程总干渠糙率原型观测 (1)——研究方法与水位、流量监测

 大型长距离输水工程的糙率是工程设计中的关键参数,随着工程施工技术的进步,工程建成后的实际糙率小于规范值,但设计中如何减小糙率取值则无选择的依据。为了给引洮供水工程优化设计提供依据,甘肃省引洮水利水电有限责任公司于 2006 年立项进行糙率原型观测研究,原型试验工程选择 1995 年建成的甘肃引大灌区总干渠和东二干渠,原型观测隧洞试验段分别在 30 A 隧洞出口与盘道岭隧洞进口修建机翼形量水槽,采用自动监测系统实时监测流量,隧洞水位各设 6 个观测断面,并采用水位自动监测系统实时监测。两处明渠段糙率原型观测试验水位流量采用人工方式进行。本文为该项研究的第一部分。     

新王庄隧洞糙率的研究

新王庄隧洞是我国首次采用全断面岩石隧洞掘进机（SJ－58A型）凿勇，并实行了锚喷支的记的明流输水隧洞。经4级流量及相应洞内水面线实不则成果反算，其平均糙率n＝0.0190。鉴于该洞实施锚喷的技术和设备均不够完善，致使实际喷层厚薄不镁，为5－20cm（设计10cm），造成了顺流向中若干波伏起伏差，尽管如此，其实际糙率值仍较设计值（设计n＝0.0230）为小，表明我国大中型锚喷隧洞糙率的设计取值仿于保守。本文提出了在现场测量大糙度参量△s的方法，并与水力学公式反算出的等效糙率Ks建立比例关系，可供同类工程施工质检及估测糙率参考。     

跃进总干渠(下段)防渗改建工程渠道横断面设计

从跃进总干渠(下段)防渗改建工程的工程地质概况、地基土的渗透特性、渠线地下水位等实际情况出发,计算确定了渠道复合断面糙率、渠顶宽度等。根据横断面设计比较,最终确定本次跃进总干渠防渗改造工程渠道横断面采用梯形断面。     

黄河下游滩区含植物水流运动及阻力试验研究

含植物水流运动规律是研究黄河下游滩区防洪的重要内容。通过开展水槽试验，测量不同水深、比降、含沙量条件下的流速分布，研究了黄河下游滩区代表性植物作用下的水流动力特性及阻力变化规律。研究结果表明，植物在非淹没情况下，纵向流速随相对水深增加，表现为先增后减；在淹没情况下，纵向流速沿垂向呈三区“S”形分布特性；相对紊动强度的沿垂线分布特点与纵向流速基本一致，但含沙量越大，水流纵向紊动强度越小。在相同比降条件下，植被糙率随佛汝德数的增加而减小；而佛汝德数一定时，植被糙率与比降成正比；相同比降条件下的植被糙率随含沙量的增加而减小。     

跨流域调水工程输水建筑物糙率研究

对于长距离输水工程,合理选取糙率值意义重大。本文分析了引洮供水一期总干渠隧洞的具体运行状况、工程特点等,结合与其类似的引大入秦总干渠原型观测及研究,综合考虑引洮供水工程总干渠实际能达到的二次衬砌浇筑水平,提出了各类建筑物糙率值优化建议,有效减少了开挖断面,节约了工程投资,对国内水工隧洞的设计有一定借鉴作用。     

大清河系观测河段及南水北调 中线方案冰情计算分析①

为研究南水北调中线方案总干渠冰期输水问题，通过对大清河系冰情分析、水位水温验证计算及冰情影响计算表明：建立的一维非恒定水力学和水温数学模型可行且验证精度较高；观测河段无冰盖时糙率为０．０２～０．０３，有冰盖时糙率增加到０．０３～０．０４；假定不出现冰情，观测河段水位将下降０．１～０．４ ｍ ，过流能力将提高３０％ ～６５％ 。总干渠与大清河冰情对比分析表明：冬季冰期输水期间，总干渠可以不考虑岸冰和底冰，并且难以形成静态稳定冰盖，水内冰、水面流冰、冰塞和冰坝的出现和存在将不同程度上影响总干渠的糙率、水位和输水能力。     

引黄灌区总干渠挟沙能力时空变化及其影响因素研究

引黄灌区挟沙能力特性研究一直是泥沙研究的重要课题。以包头镫口扬水灌区总干渠为研究对象,分析了影响总干渠挟沙能力的因素。结果表明影响总干渠挟沙能力的主要因素是流量、悬沙中值粒径、来水含沙量。总干渠挟沙能力沿程变化规律是离泵站出水口越近挟沙能力越大;时间变化规律是春灌期挟沙能力小于其他三个灌水期的挟沙能力,秋灌期挟沙能力最大。总干渠挟沙能力在春灌初期小于来水含沙量;其他时段挟沙能力大于来水含沙量。     

大清河系观测河段及南水北调中线方案冰情计算分析

 为研究南水北调中线方案总干渠冰期输水问题，通过对大清河系冰情分析、水位水温验证计算及冰情影响计算表明：建立的一维非恒定水力学和水温数学模型可行且验证精度较高；观测河段无冰盖时糙率为002～003，有冰盖时糙率增加到003～004；假定不出现冰情，观测河段水位将下降01～04 m，过流能力将提高30%～65%。总干渠与大清河冰情对比分析表明：冬季冰期输水期间，总干渠可以不考虑岸冰和底冰，并且难以形成静态稳定冰盖，水内冰、水面流冰、冰塞和冰坝的出现和存在将不同程度上影响总干渠的糙率、水位和输水能力。     

引洮供水一期工程总干渠糙率原型观测 (2)——糙率原型观测结果及经济效益

引洮供水一期工程为甘肃省大型长距离输水工程,为了给工程优化设计提供依据,糙率原型观测研究选择在引水流量、工程类型与引洮工程相近的引大总干渠30A隧洞和盘道岭隧洞及东二干渠U形渡槽和弧底梯形明渠进行。隧洞试验段流量与水位采用自动监测系统进行,原型观测结果为：30A隧洞预制钢筋混凝土管片衬砌圆形断面实测平均糙率0.012 627,盘道岭隧洞三心圆拱直墙平底板矩形断面实测平均糙率0.011 55;圆拱直墙反底拱断面实测平均糙率0.011 521。林坪沟钢筋混凝土U形渡槽实测平均糙率为0.011 93;林坪沟混凝土预制板衬砌弧底梯形明渠实测平均糙率为0.013 69。糙率原型观测结果均小于工程设计规范值。