低Fr数流动跌坎掺气槽的水力及掺气特性

通过模型试验和理论分析，研究了低Fr数(Fr<7)流动情况下空腔积水对跌坎掺气设施水力及掺气特性的影响。建立了计算跌坎掺气设施水力及掺气特性的预测数学模型。给出了射流出射角的修正式；积水尺寸的计算式；掺气设施实际运行工况(空腔长度、空腔负压、掺气量等)的预估方法。研究表明，低Fr数流动情况下，由于重力作用显著，积水对水力及掺气特性均有显著影响。     

超低弗劳德数闸下消能试验

低弗劳德数、低水头、低尾水的闸下消能消力池内不能产生稳定充分水跃,池内壅起的水流出池后会产生二次跌落,对下游河床冲刷严重。针对芦潮港水闸工程,通过物理模型试验提出了一种新型辅助消能工,即在池后海漫设置梅花形布置墩群,可使下泄水流达到充分消能、均匀扩散的效果,并分析了墩群的消能机理。实践表明,这种新型的消能布置方案可以有效地解决超低弗劳德数底流水跃消能不充分的问题,可供类似工程参考。     

植被排列方式及坡度对坡面流Fr影响的试验研究

为探究植被的排列方式及坡度大小对坡面流弗劳德数Fr的影响,以期揭示坡面流弗劳德数Fr的内在规律。利用人工模拟试验,系统研究了6个坡度、3种植物排列方向与水流方向呈不同走向角的条件下Fr与单位底面积的空间摩阻表面积K值的特征关系。表明在非淹没状态下,Fr与K值的关系为随K值的增大Fr呈现先减小后趋于平稳的趋势;Fr的取值随坡度的增大而增大;在一定的坡度范围内,同一坡度下,当Fr1时,同一K值下,走向角越大对应的Fr值越小,当Fr1时则相反;同一走向角下,在同一K值下,坡度越大对应的Fr就越大。得出在坡度一定的条件下,坡面植被的排列方式不同,弗劳德数Fr的取值也不相同;坡度是影响Fr取值范围的重要因素之一。     

低弗劳德数梯形墩-悬栅消力池水力特性

针对大单宽流量、低弗劳德数消力池内消能问题,通过物理模型试验方法,对比分析消力池内加设梯形墩和悬栅消能工后水力特性和消能效果,优化梯形墩-悬栅消力池布置形式。结果表明：在低弗劳德数水流条件下,梯形墩-悬栅联合消能工断面水深分布均匀,消力池底板沿程压力分布梯度和时均压力分布系数波动幅度较小,整体稳定性较优;动能修正系数基本保持在1<α<2的范围内,可有效改善入池断面流速分布;消能率由传统消力池的52.25%、70.37%、75.89%分别提升至56.74%、75.95%、79.22%;梯形墩-悬栅消力池内悬栅单排等间距、高度与尾坎同高布置时,梯形墩呈双排交错形式布置在距池首0.35L左右处对于整体流态改善明显,消力池出口流速可降至0.4 m/s,消能率提高至59.63%、76.12%、79.37%,研究结果可为同类工程的底流消能问题提供一种新思路。     

大单宽流量低傅汝德数收缩墩底流消力池的试验研究

为解决大单宽流量、低傅汝德数底流消能中存在振荡水跃,进而导致消力池内流态不稳定、水面波动大、消能率低等问题,采用模型试验的方法,对在消力池前设置收缩墩后的收缩扩散与底流复合消力池进行了研究。结果表明:设置Y型收缩墩后消力池内呈较为稳定的收缩射流与淹没水跃的三元复合流态,水流更为稳定,振荡水跃消失,可有效解决池内的水流间歇性振荡和水面大幅波动等问题。同时,设置收缩墩后,可有效降低池内最大临底流速,由近30 m/s降至约20 m/s。消能率由60.93%提升至66.61%,消能效果显著。此外,下游河道冲刷大大减小。最不利冲刷工况下的2年一遇洪水时,基岩最大冲深由近32.0 m降为5.6 m。消力池前设置收缩墩,对于因受地形地质等客观条件限制,无法通过改变池长池深来解决大单宽低傅汝德数的底流消能问题,提供了一种新思路。     

城市河流生态适宜性平面蜿蜒度确定方法研究

以北京市南沙河为例,从河流生态和行洪安全的角度出发,对城市河流进行探讨分析,旨在确定适宜城市发展的河流平面蜿蜒形态,为城市河流的规划发展提供理论依据。基于河流生态系统结构功能整体性概念模型,选取流速、水深作为特征性指标,以AUTOCAD散点构建南沙河老牛湾附近河段的不同平面蜿蜒形态数据,利用MIKE21模型对所构建的平面蜿蜒形态进行水动力模拟,并对其模拟结果进行梳理。根据系统分析法探讨城市河流不同平面蜿蜒形态与流速水深分布多样性、所选特征鱼类适宜生存流速水深以及河流的行洪安全要求三方面之间的关系,从而确定了蜿蜒度为1.4的平面形态对南沙河老牛湾附近河段的发展建设更为有利,明确了城市河流生态适宜性平面蜿蜒度的定义。     

标准Ⅰ型马蹄形断面水力特性的研究

为研究标准Ⅰ型马蹄形断面正常水深、弗劳德数和收缩断面水深的计算方法,根据明渠均匀流理论、明渠恒定非均匀流理论和能量方程,分析了标准Ⅰ型马蹄形断面的水力特性,提出了3种工况下的正常水深与流量关系、弗劳德数,以及2种工况下收缩断面水深的迭代计算公式,并通过算例给出了解题过程。研究成果计算简单、精度高,可以应用于实际工程。     

人工渠道糙率系数影响因素的试验研究

通过物理模型试验资料分析,探讨了矩形渠道的糙率与渠道水深、弗汝德数的变化规律。分析得出:当底坡不变时,随着弗汝德数Fr的增大,糙率n值逐渐减小。在缓流渠道中,渠道糙率n随弗汝德数Fr变化的速率很快;在急流渠道中,渠道糙率n值随弗汝德数Fr的速率较慢。糙率系数n随水深h的变化关系与流态有关。缓流中,随着水深h的增大,糙率n值减小;急流中,当弗汝德数11.51时,糙率系数n随水深h的增大而增大。     

抛物线形渠道的水力特性

通过积分和数值积分研究了n次抛物线形渠道湿周的计算,根据明渠均匀流理论研究了n次抛物线形渠道的正常水深;根据明渠临界水深和水跃共轭水深的理论,研究了n次抛物线形渠道的临界水深、弗劳德数以及水跃共轭水深的计算方法。给出了n次抛物线形渠道湿周、正常水深、临界水深、弗劳德数和水跃共轭水深的通用计算式,给出了水跃共轭水深的迭代式,证明了迭代式的收敛性,通过实例验证了计算式的正确性。本研究提出的n次抛物线形渠道的正常水深、临界水深、弗劳德数和水跃共轭水深的计算方法具有通用性,计算简单、精度高,可以应用于实际工程。     

多路水深流速自动采集系统设计与应用

针对河工模型试验中多点流速自动测量的需要,设计了一种多点水深流速同步自动采集系统。系统由计算机通过RS485总线与多台水深流速仪相连,组成多点水深流速自动测量。水深流速仪能够自动测量当前水深,并根据测得的水深和规定的测量法则,如1点法、3点法、5点法等,自动对流速传感器进行垂线定位和流速采集。系统通过串行通信方式控制各台水深流速仪,实现各垂线流速的同步测量、数据传输、显示、保存和查询功能,并能自动生成需要的测量记录报表。该系统显著提高了模型试验断面流速测量的效率和水深测量与定位的精度。     

河工模型断面垂线流速自动测量系统的研制

针对目前河工模型试验测量断面垂线流速还需要通过人工定位测量的问题,开发研制出具有全自动功能特征的断面垂线流速自动测量系统。测量系统结合二维平面自动定位测桥,自动三维地形仪等先进技术,在将断面地形的测量数据用于垂线流速测点定位的基础上,增加了断面水面边界的测量,既为流速传感器定位范围提供依据,也为后续计算提供依据,同时采用多流速传感器快速定位同步测量的方法,在实现大面积流速同步测量技术上有所突破,解决了人工测量定点速度慢、效率低的问题,适应了模型试验发展需求,提升了河工模型试验研究水平。     

智能铅鱼水文信息测量系统的研制

针对目前铅鱼挂载的水下测量装置功耗高、铅鱼上流速仪无法测量水流流向和确定铅鱼位置,以及水文缆道人工测深精度不高的问题,开发研制出智能铅鱼水文信息测量系统。该系统采用超低功耗电路延长水下测量装置工作时长,采用三维姿态电路实时测量铅鱼三维姿态,并结合卡尔曼数据融合算法提高测流精度并获取水流流向,采用水深测量电路实时测量水深,并结合涌浪传感器滤除波浪对水深测量精度的影响,解决了人工测深精度低的问题,并大幅提高了水深测量精度。     

HYDRAULIC GEOMETRY AND LONGITUDINAL PATTERNS OF HABITAT QUANTITY AND QUALITY FOR RAINBOW TROUT (Oncorhynchus mykiss)

We developed predictions of habitat quantity and quality for three life stages of rainbow trout, Oncorhynchus mykiss, across a range of stream sizes characterized by mean annual discharge of 1 to 50 m³ s^?1. The physical habitat template was created by nesting a reach‐scale two‐dimensional hydrodynamic model (River2D) within a downstream hydraulic geometry system using published coefficients for low‐gradient and high‐gradient watersheds. This provided both longitudinal and transverse estimates of depth and velocity profiles that, when combined with habitat suitability curves for the life stages, resulted in predictions of habitat quantity (weighted usable area) and habitat quality (the proportion of the stream profile that provided useable habitat) for rainbow trout along the stream continuum. Habitat quantity increased asymptotically for all life history stages but increased more rapidly in the low‐gradient watershed. Habitat quality decreased non‐linearly for young‐of‐the‐year and peaked at intermediate stream sizes for juveniles in both low‐gradient and high‐gradient watersheds. Adult habitat quality peaked in the high‐gradient watershed but increased asymptotically in the low‐gradient watershed, presumably due to lower mean velocities at larger stream sizes. Incorporation of transverse variation in depth and velocity in our physical habitat template provides a more realistic representation of habitat quantity and quality than do earlier assessments based on simple modal estimates of depth and velocity. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

河流修复技术研究

河流修复是维护河流健康的重要措施,根据修复重点可分为近自然生态工法、水文模式修复法、河流分类法3类。河流修复具有时间和空间变异特征,包括系统条件和河流水文、结构、物质以及物种3个层面,修复的重点是创建多样性河流形态和改善河流水文条件,本文给出了河流形态多样性修复的主要内容和修复的概念性框架。考虑自然河流径流过程和河道生态保护目标,给出了河道不同保证率条件下的最小生态补水量、适宜生态补水量以及平滩补水量的计算方法,以为水库生态调度提供依据。     

基于熵权的五元联系数在地下水水质评价中的应用

针对地下水水质评价中存在的模糊、不确定性问题,结合熵权法和集对分析理论,建立了基于熵权的五元联系数集对模型.根据水质样本各指标与各等级标准的联系程度,构造联系度公式,结合信息熵计算各评价指标的权重,对地下水水质进行综合评价.通过对咸阳市泾阳县4个观测井水质的综合评价,说明了五元联系数集对模型在地下水水质评价中的可行性和有效性.     

Lowland River Flow Control by an Artificial Water Plant System

This article concerns the influence of water plants on the river flow. It is known that the influence of the plants is rather strong. Colonies of water plants with long afloat culms create considerable forces of resistance to the flow. They reduce flow velocity and increase a stream depth, what often is desirable. Water plants location in a stream is uncontrollable. They appear in not suitable locations of the river and mostly obstruct than help to control the river flow. Water plants and their colonies served for us as a prototype for creation of the flow control system. A method of computation and field tests that enables designing and arranging an artificial water plant system is presented in this article, and it may be used successfully to increase the river flow depth and to improve navigation, free‐flow (kinetic) hydropower development and recreation conditions. The suggested system for river flow control is simple, cheap and friendly to the environment. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

永庆水文站0.2相对水深流速系数分析

通过对0.2相对水深流速与精准垂线平均流速计算得出的流量相关关系分析,得出了0.2流速系数,为测流方案的优化提供了依据。     

长距离调水明渠冬季输水冰情分析与安全调度

结合南水北调中线总干渠2011年-2016年间5个冬季冰情原型观测数据,分析了冰情时空分布特征、冰盖厚度、冰情现象、冰情演变条件和特点等。2015年-2016年冬季输水流量大,渠道水流流速0.25~0.67m/s,加之遭遇罕见寒潮(-18.6℃)的叠加,局部渠段出现冰塞现象。结合总干渠闸前常水位运行调度方式和渠池水流特点,提出了避免形成冰塞灾害的水流控制条件。即渠池上游控制断面平均流速V≤0.40m/s,Fr≤0.065;下游控制断面平均流速V≤0.35m/s,Fr≤0.055。建议持续加强全线冰情观测,积累冰期输水观测数据,为优化冬季输水运行调度和冰情预报提供科学依据。     

静水条件下垂直圆管负浮力射流的数值模拟

建立了静水条件下垂直圆管负浮力射流的三维水动力数学模型和物理模型,两者的无量纲垂向速度吻合较好;对静水条件下垂直圆管负浮力射流的水动力特性进行了研究。结果表明：随着射流初始速度的增加,射流初始密度和喷口直径的减小,射流最大上升高度和稳态高度均增加。射流初始速度和射流初始密度对最大上升高度时刻中轴线垂向速度衰减早晚和衰减率的影响不大;随着射流初始密度的增加,稳态高度时刻的射流中轴线上垂向速度衰减较晚,衰减率增加;射流量一定时,随着喷口直径的增加,最大上升高度时刻和稳态高度时刻射流中轴线上垂向流速衰减较早,衰减率减小。分别建立了密度弗劳德数表达的无量纲最大上升高度和稳态高度线性关系式;本研究中射流最大上升高度和稳态高度比值趋近于常数1.52,与密度弗劳德数基本无关。研究结果可以为静水条件下垂直圆管负浮力射流的设计和工程应用提供一定的参考依据。     

Lithological controls influence river form in contrasting sub-catchments: The Scamander and Avenue Rivers,Tasmania

Bedrock influence on river channel form is difficult to assess, with many catchments dominated by glacial erosion and with blanketing sediments from both pluvial and fluvial sources. The Scamander catchment in Tasmania lacks glacial history and features two bedrock-confined sub-catchments of similar area and maximum flow length, but one dominated by Mathinna Group sedimentary rocks, and the other with large areas in granite lithology. Lithology types, stream network parameters and near stream slope angles were analysed using geographical information systems, and results of stream cross sections, channel form and planforms were compared for each lithology. Results showed that granite features low gradient, shallow streams with channel slope cross sections of <10°. Granite channels are irregular and dominated by large boulders that create channel roughness and resist incision. Weathering products of coarse quartz sand provide anchorages for in-channel vegetation. By contrast, sedimentary Mathinna Group rocks feature steeply incised trough-like channels, with near-channel hillslope gradients mostly between 30° and 50°. Rectangular blocks disintegrate to gravel cobbles on the channel bed, providing poor anchorage for vegetation. Mathinna lithology influences steep, low roughness channels, and stable, incised recurved meanders formed by river interaction with vertical layers of resistant rock. The resistant bedrock lithology is demonstrated in this study to influence varied river planforms, near-channel slope gradients, channel sediments and cross sections.