杭州三堡排涝泵站上游河道冲刷计算与分析

杭州三堡排涝泵站是国内规模最大排涝泵站之一,工程充分利用京杭运河作为排水通道,实现已有资源的有效利用,但必须处理好排涝与航道安全两者的关系。通过建立泵站上游河道水流数学模型,计算上游代表水位站点拱宸桥水位在1.6~3.6 m,泵站排涝流量为50~200 m3/s间的各种工况条件下的流速情况,建立了拱宸桥水位、排涝流量与河道沿程典型断面近底层流速关系,并对主要河段河床质取样进行颗分试验,分析河道典型断面河床冲刷情况。通过计算分析认为在已有河道条件下,水深是影响河床冲刷与否的关键性因素,因此需要按不同水深控制泵站排涝流量,以保证河床稳定和河岸安全。     

建闸后河道行洪对上游铁路桥安全运行影响研究

利用HEC-RAS模型,计算分析了下游拦河闸建设后,河道行洪时,闸门在全开、无法开启及溃决3种不同运行工况下,上游铁路桥桥址处河道水位、流量、流速的变化情况,进而计算出各工况下桥址处冲刷深度。结果表明,与建闸前相比,建闸后上游桥址处水位均有一定程度升高,其中闸门无法开启时水位升高最大,较建闸前升高10.7%;闸门溃决时,桥址处最大流量增加11.34%,最大平均流速增加11.11%,河槽和河滩部位最大冲刷深度均有增加,但都在允许冲刷深度范围内,拦河闸不会对上游铁路桥安全运行产生不利影响。研究成果可对河道类似工程安全运行提供借鉴和参考。     

清水作用下全动床复式河槽河床演变特性

通过水槽试验,探讨了清水作用下由非均匀沙构筑而成的全动床复式河槽的演变特性,包括河床完全粗化后河道稳定宽度及滩岸侵蚀的沿程变化.复式河槽断面构筑而成后,实施倒灌,然后恢复地形,最后用全站仪施测初始河道地形,在试验结束后,相应断面再做精细床面形态测量.复式河槽流量由槽首的矩形堰量测,水位由自动水位仪量测.试验结果表明,随着泥沙淤积量的增大,主槽水深变浅;而河道水深变浅,又将会使床面泥沙起动的作用力减小,河道水深将变得更浅.清水作用下的全动床复式河槽达到稳定时,河道稳定宽度将沿程变化;河道完全粗化后,主槽宽度增大,滩岸侵蚀速率在空间上变化趋势表现为越往下游,滩岸侵蚀速度越小;在清水作用下,河道滩岸发生侵蚀,其侵蚀面积有沿程减小的趋势,这与流速沿程的变化相一致.     

径流条件下坡耕地侵蚀规律的研究

为确定径流条件下坡耕地的侵蚀规律,采用不同流量对10°及15°坡的坡耕地进行径流冲刷试验。试验结果表明:坡面土壤的产流量、产沙量随流量、坡度的增大而增加,但增加幅度不同,流量及坡度越小,坡面的减流减沙效应越显著;相同流量、相同坡度下,产流量呈先增加后趋于平稳的趋势,产沙量呈先增加后减少最后趋于稳定的趋势。     

砒砂岩坡面薄层水流水力冲刷特性试验研究

试验利用室内变坡度水槽,选取5种(5°,10°,15°,25°,35°)坡度和5种(280,420,550,650,900 L/h)流量进行25组叠加组合模拟室内薄层水流冲刷试验.结果表明:坡度一定时,冲蚀率随流量递增,增长幅度受坡度影响,在15°～35°存在着临界坡度值;无降雨条件下小于临界坡度时,冲蚀率与能坡之间满足多项式关系;冲蚀过程中坡面薄层水流流态属于层流中的急流,冲蚀细沟的产生与水流弗罗德数和雷诺数有关;小于10°时,水流剪切应力和水流功率不受流量的影响,小于420 L/h时,坡度的影响也并不是特别明显,坡度对流速的影响大于流量的影响,这导致了坡度对单位水流功率的影响更大;单宽流量与能坡对冲蚀率的影响较大,并建立了冲蚀率的拟合模型,此模型可以满足砒砂岩大角度的冲刷.     

京杭运河底泥起动和冲刷率试验研究

京杭运河是南水北调东线工程的重要输水通道,减少底泥冲刷引起的污染对保护其水质有重要的作用。利用文献中的底泥起动流速公式和冲刷率公式,推导出起动摩阻流速与湿密度公式、摩阻流速与冲刷率公式。以京杭运河底泥在水槽内进行不同湿密度的起动试验和不同水流条件下的冲刷率试验。试验结果用最小二乘法进行拟合,得到底泥起动时临界起动摩阻流速与湿密度的相关关系,冲刷时摩阻流速与冲刷率的相关关系。结果表明,有关试验数据的相关性较好,对实际工程应用有一定的指导意义。     

基于最小二乘法的灌溉流量计算

基于流速在渠宽方向呈指数分布、水深方向呈对数分布的特点，根据流速实测资料，利用最小二乘法原理，建立了流速和流量公式，将各种影响因素概括在两个参数d．f中，从而使流量只与最大流速、渠道断面和水深有关。计算流量与试验水槽中标准三角堰实测流量吻合较好。     

京杭运河底泥起动和冲刷率试验研

京杭运河是南水北调东线工程的重要输水通道，减少底泥冲刷引起的污染对保护其水质有重要的作用。利用文献中的底泥起动流速公式和冲刷率公式，推导出起动摩阻流速与湿密度公式、摩阻流速与冲刷率公式。以京杭运河底泥在水槽内进行不同湿密度的起动试验和不同水流条件下的冲刷率试验。试验结果用最小二乘法进行拟合，得到底泥起动时临界起动摩阻流速与湿密度的相关关系,冲刷时摩阻流速与冲刷率的相关关系。结果表明，有关试验数据的相关性较好，对实际工程应用有一定的指导意义。     

黄土区五种土壤抗冲性试验分析

通过室内放水冲刷实验,分析了黄土高坡5种土壤在不同坡度下的下切冲刷过程及影响冲刷的坡度、水流特征以及水流含沙量等影响因素。结果表明,在流量为120 L/h条件下,5种土壤的抗冲系数均随着坡度的增大而降低,且呈现指数回归关系,决定系数R~2较高,土壤抗冲性大小依次为杨凌黏壤土延安砂质黏壤土周至黏壤土志丹砂质壤土靖边砂质壤土;5种土壤的抗冲系数和水流流速均呈现出负相关的线性变化规律;5种土壤的冲刷强度基本都随着坡度的增加而增加,随着冲刷时间的推移,冲刷强度逐渐减小,且坡度越大,前期的冲刷强度越大;5种土壤的抗冲系数与水流含沙量呈现出负相关的线性变化规律,决定系数R~2在0.857 7~0.957 5之间,随水流含沙量的变化,抗冲性越好的土壤其本身的抗冲系数变化越显著。     

山区性河道整治工程冲刷深度分析与计算初探

河道堤岸建设与人民群众生命财产安全息息相关,堤岸设计是否合理显得尤为重要。在河道整治工程尤其是山区性河道整治工程的设计中,河流冲刷深度的确定,对堤岸设计起关键的指导作用。通常,河流的冲刷深度与流速、水深、泥沙粒径等多种因素有关,并主要受水流流速控制。为了确定冲刷深度的计算方法,自19世纪以来,国内外专家学者通过研究及理论推导,提出了很多用于计算河道冲刷深度的公式,但这些公式大多为经验公式,且各有侧重,计算值差别较大。因此在具体的河道整治工程中,对各种冲刷深度计算方法进行比较分析十分必要。以西苕溪上游的山区性河道护岸设计为例,研究探讨如何结合工程实际和相关设计规范,合理计算冲刷深度,指导堤岸设计,保障防汛安全。     

黄河沙坡头连续弯道环流运动与冲淤特性实测数据分析

利用声学多普勒流速剖面仪、回声测深仪等测量仪器,对黄河沙坡头段连续弯道中10个典型断面的流速、水深、河床高程等进行了实测.通过分析各断面流速等值线、平面流场和近几年河床高程的变化情况.结果表明,弯道断面流场的主流分布与河床底部泥沙冲淤分布基本相一致,满足弯道水流的一般规律:凹岸冲刷,凸岸淤积.     

水流作用下临水岸坡稳定性计算模型

河流崩岸是我国堤防安全面临的重大问题,汛期前后崩岸诱发大量的滑体进入河道,影响航运,给沿岸人民正常生产生活带来重大影响。针对水流作用下临水岸坡失稳问题,综合考虑坡表静水压力、内部孔隙水压力、边坡几何形状等因素的影响,构建了楔形岸坡稳定计算模型,并结合长江干流芙蓉大堤段崩岸实例,分析了各因素对岸坡稳定的作用。结果表明,坡表与地下水位升降及二者之差,对岸坡稳定影响较大,且水流的淘刷深度也直接影响着岸坡整体稳定。     

底坡对U形渠道量水平板测流影响分析

【目的】量水平板具有构造简单、不易淤积等优点,虽已建立流量与平板偏转角、上下游水深及板型等因素的关系式,但底坡对量水平板水力特性的影响还缺乏系统研究,有必要深入分析,以提高量水平板测流公式的适用范围。【方法】以北方灌区常见U形渠道为试验水槽,选择断面最佳收缩比0.439的U形渠道量水平板为试验对象。通过设置3种水槽底坡(0.000 2～0.001)和4～7种流量(10～44 L/s)共18种试验工况,分析了各工况下水面线和平板偏转角的变化规律,研究了底坡对水面线、相对水头损失、能量转化系数、平板偏转角度和综合流量系数的影响。基于闸孔淹没出流公式,拟合出含底坡变量i的半经验流量公式。【结果】在相同流量情况下,板后水跃长度、能量转化系数以及综合流量系数随底坡增大而增大;水面线、相对水头损失和平板偏转角度均随底坡增大而减小;在试验流量范围内,拟合流量公式的平均相对误差为2.6%,最大相对误差为6.5%,满足灌区量水要求。【结论】底坡对U形渠道量水平板测流影响显著,建立了包含渠道底坡的U形量水平板测流公式,提高了其适用性。     

引黄灌区首部枢纽泥沙输移特性与流速试验研究

为了探究引黄灌溉枢纽挟沙水流沿程含沙量变化规律和悬移质泥沙的垂向分布规律,推求首部枢纽有害泥沙悬浮的临界不淤流速,阐明减少有害泥沙引入的措施与方法,以提高输配水利用效率.以山西尊村灌区为主要研究对象,通过对一级站首部枢纽2019年5—7月取黄河水样及工况、断面流速、水深、水面宽度数据监测,分析了泥沙含量、沉起流速,采用...     

引黄灌渠泥沙迁移特性与渠道挟沙力模型试验研究

【目的】探索灌渠泥沙迁移特性及泥沙级配的沿程变化规律,找出减少渠道泥沙淤积的方法,保障灌区正常运行。【方法】通过对尊村灌区典型干渠高含沙水流实时监测采样,分析了悬移质泥沙沿程含沙量变化及级配特征,并根据实测数据带入4个典型挟沙力公式,筛选出适合尊村灌区的挟沙力公式,进一步改进得到尊村灌区渠道挟沙力计算公式.同时,通过一干渠改造段实测数据,推求出一干渠冲淤平衡比降计算公式。【结果】不同粒径泥沙的输移特性不同,总干渠悬移质含沙量随来水含沙量的增加而增加,渠道淤积主要与粉粒和砂粒量有关,其中砂粒对来水含沙量的变化表现得最为敏感,而黏粒更多的被水流带走,渠道由非平衡输沙经冲刷、淤积达到冲淤平衡输沙的过程比较缓慢。同时沉沙池能有效地减小引水中砂粒量。二干渠末清淤修缮段依旧存在泥沙淤积问题,一干渠剩余未改造部分,在条件允许的情况下,建议增大比降。【结论】含沙量在2 kg/m3内时,一级站来水量在8 m3/s左右,渠道基本实现冲淤平衡。     

T型河道交汇口模型试验研究

T型河道交汇口的布置 ,要结合河道水位、流量、流向等诸多水力要素 ,考虑冲刷、淤积、通航安全等问题。就送水河与南官河交汇口模型试验研究 ,探讨了这一问题 ,提出了较为合理的满足通航要求的 T型河道交汇口布置形式和交汇角度 ,以及交汇口冲刷的护砌范围和防止淤积的管理措施。对同类问题的研究具有一定的参考价值。     

螺旋流排沙管三维数值模拟

涡管排沙以其成本低、效率高等优点而被常常应用于引水明渠的渠首中,但由于涡管尺寸小、流动三维性强等特点,涡管中流动的真实信息很难得到,不利于涡管的优化设计。应用FLUENT软件,以RNG k-ε湍流模型封闭Reynolds方程,SIMPLE算法求解方程组,采用VOF法追踪自由表面,对明渠排沙涡管中流态进行了三维数值模拟,得到了涡管内切向和轴向流速分布的完整信息。分析了水深、排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度和涡管纵向坡度等参数对涡管内流速分布的影响,对于明渠涡管螺旋流排沙设计具有一定的参考意义。     

深圳市大沙河4号橡胶坝消力池内辅助消能工形式及布置试验研究

通过深圳市大沙河4号橡胶坝消力池水工模型试验，获得了水流流态、河道断面流速分布等试验成果，分析了消力池左岸预制块护坡产生滑坡破坏的机理，对消力池内辅助消能工形式及布置作了比较分析，河道主流偏左、冲刷左岸现象得到控制。     

新疆卡拉贝利水库泥沙二维数学模型坝前冲刷计算初探研究

新疆南疆地区水库由于建库初期蓄水运行,库容快速淤损,虽然改变了运用方式,库区仍淤积严重。结合实际工程以水流运动方程及经过作者修正的泥沙运动方程为基础,同时引入与实测资料相符合的水流协沙力、动床阻力、泥沙级配等计算公式作为补充方程,构造出新疆卡拉贝利水库泥沙淤积二维数学模型,运用该模型对卡拉贝利水库进行坝前冲刷计算初探研究,并进行了模型验证,以达到模拟水库泥沙淤积的目的。