弯道水流的混合有限分析解

建立了基于曲线拟合坐标系下的平面二维弯道水流数学模型,采用混合有限分析法进行了离散,对强弱弯曲河道矩形断面水流进行了数值计算.弱曲率弯道主流速度沿弯道外岸逐渐增加,在离心力作用下主流最大流速由凸岸逐渐向凹岸转移;且弯道水流的水面为一扭曲面,凹岸的水位线常形成上凸曲线,凸岸的水位线常形成下凹曲线.水面形态和流速重分布与相关文献实验结果符合良好,表明混合有限分析法与曲线拟合坐标的结合是一种可适用于弯道水流计算的有效格式.     

泄洪隧洞急流弯道水力特性

由于泄洪隧洞明流弯道流速大、弗劳德数高、流态复杂,因此极少在工程中应用,相关水力特性研究也较少。本文采用物理模型试验方法,对城门型泄洪洞急流弯道及其下游水流进行了观测。试验结果表明：弯道内水流具有轴向前行与由凸岸流向凹岸的横向运动,由此产生凸岸水面逐渐降低、凹岸水面逐渐爬高的发展趋势;凹岸水流超过隧洞直墙的部分紧贴洞顶继续沿轴向前行,同时其横向运动方向演变为由凹岸指向凸岸;洞顶贴壁水流跃过洞顶最高点后,沿着凸岸直墙下滑,形成瀑布;水流在弯道内呈现出环状状态,在下游平直隧洞内逐渐演变为表面起伏波动的水流。根据试验结果,建立了凹岸水流冲击拱顶初始位置及第一波峰冲击拱顶范围的预测经验公式,为泄洪隧洞弯道段设计提供参考。     

复杂河道环境内水流冲击桥墩的数值模拟——以广安五福桥为例

广安市拟在西溪河原拱桥上游修建行车桥改善城市交通,桥梁拟建于河道弯顶处,拟建位置上下游涉水建筑物较多,汛期时桥墩周围水动力环境较为复杂。为研究汛期时弯道处桥墩受水流冲击的规律,以FLOW-3D水动力学数值模拟软件为研究工具对固定工况中水流冲击圆柱形桥墩的过程进行数值模拟。将河道模型拆分为简单模型进行模拟,发现模拟计算结果与经验公式结果较为吻合,在该基础上进行数值模拟,研究结果表明：(1)河道中景观闸与拱桥间为水流急变区,可能对河床及桥墩底部造成冲刷;(2)拟建桥区水流对桥墩的冲击压力时程变化呈现不规律脉动,主频范围为0~0.02Hz;(3)凹岸桥墩所受水流冲击力明显大于凸岸,随着流量增大,凹岸桥墩受力方向与顺河向的正夹角增大,凸岸桥墩受力与顺河向的负夹角减小。     

中等半径大偏转角弯道的水流特性

通过试验,分析了水利工程中中等半径大偏转角弯道的水流特性,讨论了弯道中线半径ｒ０和弯道宽度Ｂ的比值（ｒ０／Ｂ）与弯道凹岸水流第一波峰位置θ１,以及ｒ０／Ｂ与弯道凹岸水流第一波峰处水深ｈ２和弯道进口水深ｈ１的比值之间的相互关系及其影响,提出了防止弯道凸岸底部出现于底的界限值,验证了弯道凹岸水压力的变化,并给出了弯道波角β１和最小中线半径ｒ０ｍｉｎ的经验公式。     

180°弯道水槽表面流速分布研究

自然界中河流多是弯曲的,弯道水流结构分析是水力学及河流动力学最重要的课题之一,对河道管理和河流开发利用也有着重要意义.基于粒子跟踪测速(particle track velocimetry,PTV)技术对180°弯道水槽不同流量下的水流表面流速进行测量与分析.试验结果表明:除进口断面,凹岸侧表面纵向流速均大于凸岸侧表面纵向流速,中心线上的表面纵向流速沿程变化相对较小;水流进入弯道后,凸岸的水流开始向凹岸方向运动从而产生横向流速,当水流流过弯顶后,由凸岸向凹岸的横向运动逐渐消失.对比两个流量的流速分布结果,较小流量下表面水流的"顶冲点"发生在弯顶前,较大流量下表面水流的"顶冲点"发生在弯顶后,较小流量下的凸岸侧水流更容易向凹岸方向运动.     

曲线同位网格的三维水流数学模型

为采用数学模型研究三峡两坝间的通航水流条件,在曲线坐标系与同位网格模式下,利用有限体积法离散水流控制方程,采用S IM PLEC算法与界面动量插值法计算了室内试验与天然河流弯道三维流场,并用实测资料对室内弯道三维水流的计算成果进行了验证分析。结果表明,三维水流数学模型的计算值与实测值基本吻合。计算结果反映了弯道水流特性,弯道环流明显,且表层水流指向凹岸,底层水流指向凸岸。     

强弯河道水流结构及离散特性研究

对180°强弯河道水流结构及离散特性进行了研究.采用三维多普勒超声流速仪(ADV)对强弯河道5个典型断面的流速场进行了量测,得到了各典型断面上的实测流速资料;进而采用改进的分区模型,分别对强弯河道的横向和纵向离散系数进行了研究.结果表明:在弯道进口段,凹岸附近水流受到限制,流速减小,凸岸附近水流流速增大,纵向剪切流速较大,故纵向离散系数较大,此时二次流尚未形成,横向掺混并不剧烈,所以横向离散系数还比较小.随着水流入弯的不断发展,弯道内二次流逐渐形成并不断增强,最大流速逐渐向凹岸转移,此时横向剪切逐渐增强,横向离散系数逐渐增大;而纵向剪切趋于平缓,纵向离散系数逐渐减小.在弯顶附近,二次流得到充分发展,横向离散系数达到最大值.在弯道下游段,二次流强度逐渐减弱,横向剪切流速减小,使得横向离散系数逐渐减小,此时最大流速转移到凹岸附近,流速分布变化趋于平缓,纵向剪切流速变化幅度较小,纵向离散系数基本趋于稳定.     

外分单汊的常曲率弯道水流特征有效模拟

针对健康生态环境下的河道系统性向外分汊演化、河道-植物和谐发展现象，以实际河型资料特征统计为基础，设计了外分单汊的常曲率弯道水流特征数模试验，研究了主弯道不同弯曲比率和汊道出口不同开闭条件的影响.汊道的存在对主河道下游蜿蜒迁移趋势具有强化效应，且此效应以临界弯曲条件(曲率半径/河宽=3.0)为中心向更强弯和更缓弯发展趋势双向扩散.汊道的存在引起弯道下游横断面凹岸侧近底部“强-正涡量区”与凸岸侧近水面“弱-负涡量区”的此消彼长，两者最终相互中和、抵消.汊道出口的自由出流引起弯道下游横断面和整体近床水平面螺旋流强度的大幅减小和强弯条件下弯段上游横断面螺旋流强度的明显增大.壁面切应力在分叉口头部趋小，在局部汇流区趋大，且在汊道出口自由出流时二者均大幅增大，分叉口对应的主河道凸岸侧下游壁面和弯道最下游1/4段床面切应力均降至极低.该研究为河道系统中植物发展的和谐物理空间设计提供了基础性水信息支持.     

长江渝宜河段深槽分布特征及成因

长江重庆－宜昌河段深槽分布密集、形态各异，既不同于一般河谷的深槽跌水，也有别于平原区河床的边潍、深槽的孪生形成；该段河道远离海洋，不受海平面变动的影响，更不同于下游河段的深槽成因，根据1：12000长江重庆－宜晶段航道图，1：200000三峡库区地质构造图及1：500000库区地形图量算统计、拟合、分析，本段河床深槽相对分布位置基本上可归为6种类型：峡谷段深槽、河宽缩窄段深槽、支流入口处深槽、弯道凹岸深槽、弯道凸岸深槽及串珠状河段原槽潭，其成因是在特定地质构造、岩性组成的背景基础上，主要由水动力波动、束流、环流、泡水作用所致。     

明渠弯道水流与冲刷问题

弯段是河流的一般现象,而直段只不过是弯段之间的过渡环节。在广阔的平原里,在陡峻的山区中,常常可以见到婉蜒曲折的河弯。平原河弯的水流,流势较缓,大多数属于缓流。山区河弯的水流,流势湍急,往往出现菱形交叉、水面起伏的冲击波,多为急流。研究河床演变、河道整治、河岸防护、水工建筑物的平面弯曲段(例陡槽的弯曲段)等许多问题都和研究明渠弯道水流与冲刷问题有关。据了解,许多排洪渠道水毁事故,大多数发生在弯段:或因岸墙基础淘刷过深而倒坍,或因岸墙超高过小产生水流漫顶而造成损失等。因此,弯道水流和冲刷问题的有关计算也是一个现实的有待解决的工程问题。以下仅就有关问题作些简单介绍。     

复杂工况土质边坡的失稳破坏特征

库岸边坡的失稳和破坏往往会造成严重的人员伤亡与巨大的经济损失。造成边坡失稳和破坏的因素多种多样。开展了不同含砂率的均质饱和土质边坡在水位升降、水下冲刷、震动及不同水流流速下边坡的失稳与破坏室内模型试验。试验结果表明：在水位升降与水下冲刷条件下,均质下蜀土饱和土质边坡稳定性最好,土质边坡含砂率越高,边坡抵抗水位升降与水下冲刷的能力越弱,边坡越易失稳滑塌破坏;在震动作用下,饱和边坡土体内孔压快速上升,有效应力快速减小,边坡更易失稳崩塌破坏。水流潜蚀导致边坡土体细小颗粒更易流失,水流潜蚀作用使边坡坡脚部位形成凹陷空洞,使坡体上部失去支撑而导致边坡崩塌失稳破坏,且水流速度越快,边坡越易破坏。     

长江岸带马鞍山段河道变迁与岸崩形成机理研究

河道变迁极易引起岸崩,同时,受岸崩影响,管涌、流土、沙土液化等地质灾害问题也易于发生。故开展河道变迁过程以及岸崩形成机理的研究对预防和治理灾害具有重要意义。以长江马鞍山岸带为研究对象,归纳总结了该处河道变迁过程并预测其发展趋势,在此基础上,从地形地质因素、水动力因素、气象因素等方面分析了岸崩的形成机理。研究结果表明:岸带左岸受江水掏蚀作用强烈,右岸抗冲刷掏蚀能力强,较稳定;在两汊汇交处岸崩极为强烈,弯道环流冲蚀和掏蚀作用明显;枯水期,水位下降也是岸崩的重要原因。另外,风浪,机动船、建设工程都是岸带崩淤的重要影响因素。     

北洺河大桥桥墩布设对河道防洪安全的影响

拟建北洺河大桥所处河段为大曲率弯道,且受地形条件限制,桥梁中心线呈大角度扇形布设。曲线桥梁与弯道水流交会,水流条件尤为复杂。为研究北洺河大桥斜穿弯道河流情况下桥墩布设对河道冲刷及防洪安全影响,设计制作了1:60正态物理模型,开展不同洪水重现期下曲线大桥斜穿弯道河流河工模型试验研究。试验结果表明:受桥墩布设交角及弯道水流的共同作用,原设计方案不同重现期洪水工况下均加剧了桥位处河道右岸的冲刷,最大冲刷深度3.54 m,威胁堤防安全;水流顶冲右岸产生壅水,最大壅水高0.48 m;桥墩布置对下游河道的影响范围264 m。适度调整7号桥墩与水流夹角,同时对右岸河床铺设宾格石笼,控制最大冲刷深度减小到1.68 m,有效改善了桥墩与堤防间的水流流态,优化方案保护了行洪安全。     

环流修正模型对连续弯道水流模拟的适用性分析

现有的环流修正模型多通过对单弯道或曲率较小的连续弯道的水流模拟来验证,其对曲率较大的连续弯道或天然河道水流模拟的适用性有待进一步分析。为解决这一问题,该文将修正模型应用于曲率较大及与天然河道平面形态相近的变曲率连续弯道的水流模拟中,来检验修正模型的适用性并分析修正项的作用。结果表明:修正模型模拟的水深略高于非修正模型,纵向水深平均流速与实测值更接近,在壁面附近尤为明显。通过对修正项的分析得出,修正项的量级与黏性项量级相当,其作用不可忽略,且在壁面附近对流速的修正作用最明显。通过分析表明,该文所采用的修正模型对曲率较大的连续弯道的水流模拟具有一定的适用性,对壁面附近流速模拟精度的提高使得本文修正模型更适用于弯道横向演变的模拟研究。     

庐山东南麓下岸角剖面沉积与环境

由粒度分布特征、岩相特征恢复了下岸角剖面地层的沉积环境：该剖面地层以曲流河河道沉积为主，间有滨湖和滞水洼地沉积．用粒度参数确定了剖面中各地层沉积时的水流强度，借ＳｕｍｍｏｏｎＳＡ的经验公式恢复了形成几层冲积层的古河流的水文参数．粒度参数、水流强度、古河流水文参数显示出下岸角剖面地层沉积时，古环境演化大致经历了３个过程：早期（Ｑ２２）基底层沉积时，水流强度中等，河流规模小，年均径流总量小，气候偏干；中期（Ｑ３２）主体层沉积时，水流强度有波动，河流规模大，年均径流总量大，且间有湖泊和多层泥炭发育，气候湿润；晚期（Ｑ１３）盖层沉积时，气候变干，湿度复又变小．     

浅论及早建设塔林西水电站的必要性

1基本情况塔林西水电站位于黑龙江省大兴安岭地区呼码河上游，坝址在塔河县城西34KM处。呼码河发源于大兴安岭伊勒呼里北麓的呼中自然保护区．于呼码县城南18KM处汇入黑龙江，是黑龙江右岸较大支流。流域最高峰海拔高程1290M，流域总面积33924KM2，干流河道长524KMo全流域森林密布，次生林多，植被好，水流清澈，属少砂河流。塔林西水电站坝址控制流域面积IOZ15KM‘，河道主槽宽150M滩地宽IKM，为一U型河谷。大兴安岭地区是我国最大的国有林区之一，总面积84700KM2，水资源非常丰富，可开发水能资源860＊w，年发电量可达25亿＊w已…     

高山峡谷大流量下溢流表孔体型试验

亚碧罗水电站坝址处河道较窄,单宽流量大,且下游左岸存在5个错落体,为了分散水舌落点并避免下泄水流直接倾砸岸坡,以减小对河床的冲刷,结合亚碧罗水电站1:50和1:100两种比尺的模型试验,对表孔总体布置型式、掺气和消能设施进行系列优化试验后提出推荐方案.试验结果表明,掺气设施选用合理,挑射水流在空间上形成差动结构,消能区...     

牛屁·沼气·温室效应

80年代以来,地球上异常气候频繁出现,自然灾害此起彼伏.例如1988年,美国遇到了百年罕见的干旱,飓风袭击了墨西哥湾沿岸,连绵大雨荡涤着日本列岛,热浪使我国上海变成一台烘箱,洪水扫荡了孟加拉国的大片国土,欧洲人为低温多雨天气而忧心忡忡…….人类活动所造成的地球变化,已表现为温室效应、酸雨、沙漠化以及大气臭氧层的破坏.科学界普遍认为,温室效应会给人类带来莫大的威     

外秦淮河武定门闸上游偏流淤积成因及流态改善措施

针对南京市外秦淮河武定门闸上游偏流易淤问题,建立物理模型试验,结合实测资料和理论分析,对闸上游河道淤积成因进行了深入分析,并提出增建导流墙对闸前河道流态改善的措施。研究结果表明:受闸上游弯道影响形成偏流,闸前河道两侧产生左大右小两个明显回流区,导致左侧河床较右侧淤积明显;水闸常年运行,大部分时间闸前河道水流动力较弱,易形成缓流淤积。通过闸前设置导流墙,可以改变闸前河道流态,使左右两侧回流区范围显著减小。     

对黄河根石走失原因的分析及建议

多年的实践证明,发生根石走失的主要原因为坝岸根石深度不够,水流淘刷形成的坝前冲刷坑,使坝体发生裂缝和蛰动;坝岸遭受急流冲刷,水流速度过高,超过保护层单体的起动流速,将根石等料物冲揭剥离;新修坝基础尚未稳定,而且河床多沙,在水流冲刷过程中,使新修坝岸基础不断下蛰出险。本文对黄河根石走失的原因进行了分析,提出了建议。