镫口扬水灌区总干渠悬移质泥沙特性研究

对总干渠各断面不同灌水周期和流量下悬移质泥沙进行采样,分析了总干渠悬移质泥沙量沿程变化及颗粒级配,计算了不同粒径泥沙的沉速和起动流速。结果表明,总干渠的悬移质泥沙80%以上为粒径小于0.062mm的冲泻质,除第一灌水周期初始开泵外,悬移质泥沙量沿程基本保持不变,且在大流量下略有增加,含沙量大小与流量相关,悬移质泥沙计算起动流速小于实测流速。因此,悬移质泥沙在正常灌水情况下会被水流输移到下游,在总干渠不发生沉积;而防治大颗粒的推移质泥沙在渠道淤积才是解决总干渠泥沙问题的关键所在。     

高含沙水滴灌灌水器堵塞机制及防堵技术研究进展

为解决黄河水中粒径小于0.10 mm细小泥沙颗粒引发的滴灌灌水器堵塞问题。通过文献调研,回顾了高含沙水滴灌条件下灌水器物理堵塞机制相关研究进展,并提出了进一步研究方向。细小泥沙颗粒含量较高的浑水滴灌时,滴头堵塞主要是含沙量、泥沙粒径与颗粒级配耦合作用的结果。滴灌系统工作条件如工作压力的动态变化有助于移除流道内黏、粉等细颗粒堵塞物质,促进较大泥沙颗粒排出流道;灌溉水温越高,滴头抗物理堵塞性能越强;对浑水加气和磁化处理可改变毛管内水流水力特性及悬浮泥沙运动规律,增强水流拖拽力,减小管道内泥沙淤积量。此外,施肥增强了水体中泥沙颗粒间的絮凝作用,对浑水水肥一体化滴灌滴头堵塞具有明显加速作用。浑水含沙量、粒径和颗粒级配是引发滴头物理堵塞的重要因素,确定易引发滴头堵塞的敏感含沙量、颗粒粒径段,选用适宜肥料种类和施肥浓度阈值,优化滴灌系统工作条件参数是改变毛管内泥沙颗粒运移和沉积规律、延缓滴头堵塞进程、提高水肥一体化滴灌水肥利用效率的有力措施;采用统一的灌水试验方法,充分利用现代测试手段,结合生产实际有针对性地改进工程技术处理措施是解决滴头堵塞问题的必要途径。     

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。     

天然悬移质泥沙粒径分布及混合平均沉速的计算

通过对处于悬浮临界状态的泥沙受力情况分析，从理论推导出了悬移质泥沙粒径的分布表达式；在此基础上，建立了天然非均匀沙混合平均沉速的计算公式，并对天然实测泥沙特征粒径进行了分析研究，建立了表征悬沙级配非均匀程度的参数d50／dcp随泥沙组成粗细程度及含沙量变化的关系式。采用大量实测资料对混合平均沉速及d50／dcp的计算公式进行了验证，计算值与实测值吻合较好。     

桃江居龙滩站悬移质颗粒级配间测分析

为适应当前水文现代化发展的要求,探索水文监测改革,本文基于居龙滩水文站历年泥沙颗粒资料,分析了该站测验断面含沙量变化规律,并选取2008—2013年悬移质颗粒级配资料作为样本进行历年单断颗相关关系分析,分析结果符合《河流悬移质泥沙测验规范》(GB/T 50159—2015)精度要求,得出单颗代表断颗进行间测的测验方式可...     

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...     

浑水灌溉下土壤水分变化研究

通过开展不同含沙量和粒径组成浑水测坑入渗试验,对灌水过程中(120min内)含沙量和粒径组成因素对不同土层土壤水吸力变化率及变化响应时间的影响进行了初步研究。研究认为:灌溉浑水含沙量越大,泥沙粒径组成越细,水分在土壤中的运动速度越缓慢;同时,泥沙粒径越细,含沙量变化对土壤水分变化的影响越明显,可认为,细颗粒泥沙较粗颗粒泥沙能够更有效地充填土壤孔隙,阻断土壤水下渗通道,从而减缓土壤水分运动速度。     

浑水灌溉下泥沙级配对土壤水入渗影响的试验研究

通过在测坑中开展灌溉条件下2种含沙量4种泥沙级配组合下的浑水入渗试验,发现泥沙粒径对浑水入渗过程的影响显著:灌溉浑水的泥沙越细,其累积入渗量和入渗率越小,相同累积入渗量的入渗历时更长。利用Kostiakov原理和通用公式拟合不同泥沙级配浑水灌溉下的累积入渗量、入渗率与入渗历时的关系,决定系数均在0.90以上。发现浑水入渗特性的主要成因并提出关键影响因子粒径小于0.01 mm的泥沙影响值,分析结果表明不同泥沙级配浑水在同一入渗历时的累积入渗量和泥沙影响值成指数函数关系,不同泥沙级配浑水在同一入渗历时下的入渗率和泥沙影响值呈线性关系;通过建立泥沙影响值与入渗公式中各个参数的相关关系,用粒径小于0.01 mm泥沙影响值表征了相关性较好的参数。     

引黄灌区非均匀沙的输送机理研究

非均匀沙输送机理是实现灌区泥沙合理配置与利用的关键技术之一。采用山东簸箕李灌区近20年来的泥沙观测资料,分析悬移质在渠道中的运动、冲淤规律。由于不同粒径的泥沙在水流中运动方式和沉积特点不一样,将非均匀沙按粒径粗细分组,研究了不同粒径泥沙的起动与止动、沉降与悬浮的差异,统计分析了分组沙的输沙能力、沿程衰减规律和上限平衡含沙量。结果表明,粗颗粒泥沙对流量因素敏感,若要使更多的粗颗粒泥沙实现长距离输送,应提高水流流速;细沙对流量因素的敏感度较粗沙小,同时挟沙力随细颗粒含量的增加而明显提高。     

新型沉沙池沉沙效果的应用研究

微灌用新型沉沙池是一种新型泥沙处理设备,地表水资源经过它处理后可直接作为灌溉水源进入农田微灌系统。通过原型观测实验分析,对微灌用新型沉沙池的泥沙沿程分布情况和水流含沙量变化进行了研究。结果表明:相比传统沉沙池,新型沉沙池对泥沙的沉淀效果更明显,泥沙颗粒自池首至池尾的沿程分布表现出由大到小变化规律,且渠尾出池水流的悬移质含沙量明显减小,具有广阔的应用前景。     

泥沙级配对浑水灌溉下土壤水分增长过程的影响分析

通过在测坑中开展灌溉条件下2种含沙量4种泥沙级配组合下的浑水灌溉入渗试验,发现泥沙级配对土壤水分增长过程的影响显著:泥沙级配越细,相同灌溉入渗历时的累积入渗量和土壤含水量的增加量越小,与清水灌溉试验结果的差异性越大。同一含沙量浑水灌溉,泥沙级配越细,不同深度土壤含水量始变历时和增长拐点历时更长;同一泥沙级配浑水灌溉,含沙量越大,不同深度土壤含水量始变历时和增长拐点历时更长。相同入渗历时,浑水灌溉下的累积入渗量和土壤含水量变化量均较清水灌溉的小,土壤水分增长较清水缓慢;由于浑水中泥沙的阻渗和减渗作用,同一含沙量条件下,泥沙级配越细,灌水后相同入渗历时的土壤含水量变化量和累积入渗量越小;同一泥沙级配浑水,含沙量越大,灌水后相同入渗历时的土壤含水量变化量和累积入渗量越小。     

浑水特性与水温对滴头抗堵塞性能的影响

为探明迷宫流道滴头发生物理堵塞的成因及过程,采用分段粒径浑水周期间歇滴灌的试验方法,分别对含沙量、泥沙颗粒粒径和水温对滴头堵塞发生过程的影响进行研究。结果表明:对于泥沙颗粒粒径小于0.1 mm的浑水滴灌而言,粒径越小越易造成滴头堵塞,且其堵塞程度随浑水含沙量的升高而急剧升高;存在造成滴头堵塞的敏感粒径范围,在夏季灌溉时小于0.031 mm的粒径为易堵塞粒径;水温是影响滴头堵塞的重要因素,水温越高滴头的抗物理堵塞性能越好。     

含沙水源低压管道灌溉防淤措施研究

低压管道灌溉管道淤积的因素主要有水源含沙量及颗粒级配、管道流量、管径、灌溉方式与运行管理等因素。根据不同管径情况下含沙量与临界不淤流量关系研究表明,以长江水源泥沙含量0.414 kg/m3,中值粒径为0.01 mm分析,干管管径500 mm时,临界不淤流量为281 m3/h,支管管径200 mm时,临界不淤流量为40 m3/h。随着泥沙含量的增加,管道临界不淤流量增大,同时,在相同泥沙含量情况下,临界不淤流量随输水管径的增加而加大,输水管径对临界不淤流量有较大影响。     

低压浑水管道输沙规律研究及水流挟沙力计算

【目的】确定输水工程适宜运行的水力条件。【方法】以巴音沟河流域输水工程为研究对象,通过数值模拟的方法研究不同泥沙质量浓度、压力条件下浑水管道输沙规律及水流挟沙力特性。【结果】(1)管道断面垂向泥沙质量浓度分布受压力、体积含沙量及管径等因素的影响;当压力及管径较小时,泥沙淤积厚度为6.3～8.0 mm,压力及管径较大时,在Y=-0.07区域以下淤积较多,淤积厚度达到8.6～9.4 mm;(2)同一管径及流速下,随着体积含沙量的增大,该区域流速梯度增大,最大增幅为14%;(3)随着水流速度增大,水流挟沙力增大,悬移质质量浓度也越大,但是悬浮指标逐渐变小。【结论】在低压浑水管道中,管径越大、泥沙质量浓度越大、压力越小,水流挟沙力越小,泥沙越容易淤积。     

泥沙粒径对大流道迷宫灌水器堵塞影响研究

为探明大流道迷宫灌水器发生物理堵塞的成因及堵塞过程,采用连续加沙灌溉和间歇灌溉相结合方法,研究了粒径小于0.15mm的8种泥沙颗粒对灌水器堵塞和灌水系统均匀性的影响。结果表明,浑水含沙量在低于2g/L范围内变动对灌水器堵塞没有明显影响;当含沙量为2.0g/L时,泥沙粒径是造成大流道迷宫灌水器堵塞的主要原因,引发堵塞敏感粒径范围为0.10~0.15mm,且堵塞形式主要表现为突然完全堵塞,粒径为0.058~0.075mm的泥沙颗粒最不易引发堵塞;极易堵粒径相互组合会加剧灌水器的堵塞,易堵粒径组混合在一起有减轻堵塞效果的作用。相较于常规滴灌灌水器的易堵粒径,0.1mm以上粒径的泥沙颗粒更易滤除,在浑水灌溉时可优先选用大流道灌水器。     

不同泥沙级配浑水灌溉下土壤水分增长特性及成因分析

通过在测坑中开展灌溉条件下2种含沙量4种泥沙级配组合下的浑水灌溉入渗试验,发现泥沙级配对土壤水分增长过程的影响显著:泥沙级配越细,相同灌溉入渗历时的累积入渗量和土壤含水量增加量越小,与清水灌溉试验结果的差异性越大。土壤含水量的增长过程与累积入渗量变化过程均符合指数为正的幂函数关系,说明土壤含水量的增长过程是灌水量在土壤中的分配过程;累积入渗量的变化过程反映了作为整体——测坑土壤含水量的增加过程,某一时刻的累积入渗量是灌溉过程中同时刻不同深度土壤含水量的变化量的叠加。针对泥沙级配作用下土壤水分的增长特性,其成因在于浑水灌溉时土壤表面形成的沉积层,含沙量越大,泥沙级配越细,沉积层越密实,水分通过空隙所受的阻力越大,导致土壤水分增长越缓慢。     

引黄灌区浑水管道输水临界不淤流速分析与计算

为了解决引黄灌区浑水管道输水灌溉工程中泥沙淤堵问题,合理确定临界不淤流速,用试验沙样和清水配制了6组不同含沙量的浑水水样,在4种规格管径的管道中进行了浑水管道输水临界不淤流速试验．分析了浑水含沙量、输水管径、泥沙密度和颗粒粒径对临界不淤流速的影响．结果表明:当管径和泥沙密度不变时,临界不淤流速随含沙量的增大而增大;当含沙量和泥沙密度不变时,临界不淤流速随管径的增大而增大;泥沙密度和粒径对临界不淤流速影响也很明显,特别是泥沙颗粒的上限粒径(d90或d95),一般最先沉降到管底的是粒径比较大的泥沙颗粒．同时,基于泥沙悬浮效率系数和悬浮泥沙能量耗损的角度,建立了临界不淤流速计算公式;利用试验数据,确定了泥沙悬浮效率系数计算方法;经试验并比较了临界不淤流速的实测值与计算值,两者之间的最大误差为2958％．     

浑水泥沙粒径与含沙量对迷宫流道堵塞的影响

为客观评价浑水中泥沙特性对滴头流道堵塞的影响以及合理选择滴灌水质处理方法,采用L9（34）的正交试验设计方法,进行了浑水间歇灌水测试,并提出了以滴头平均相对流量和灌水均匀度系数作为基本参数的滴头堵塞程度综合评价方法,比较分析了压力、含沙量以及泥沙粒径等变化对滴头堵塞比例和堵塞程度的影响规律.研究结果表明：对于粒径小于0.1 mm的泥沙颗粒,工作压力对流道堵塞的影响非常显著,其次为泥沙粒径;滴头堵塞程度的大小是由粒径、含沙量、工作压力三者相互耦合作用引起的,且相互之间不存在单调相关关系.在实际灌水过程中,当灌溉水中含有较多小于0.1 mm的泥沙颗粒时,应尽量滤除粒径小于0.048 mm的颗粒,并可加入分散剂,阻止细小黏粒的团聚絮凝作用,以提高滴头抗堵塞能力.     

基于天牛须搜索算法的渠系优化配水初步研究

灌区渠系优化配水研究对灌区从用水管理向需水管理转变具有重要意义.目前,天牛须搜索算法已被广泛应用于生产实际,而在渠系优化配水方面的应用较少.为探究天牛须搜索算法在渠系优化配水领域的可行性与合理性,以大功灌区西一干渠干支2级渠系输水过程中渗漏量为优化目标,渠道运行时间及输水流量为决策变量,构建渠系配水模型,并采用天牛须搜索算法进行模型优化求解.结果表明,天牛须搜索算法求解结果中配水时间较传统配水时间缩短7 d,配水效率提高35％.渠系渗漏量为34.99万m3,占总配水量6.69％,干支2级渠系水利用系数提高为0.704.天牛须搜索算法在解决高维渠系优化配水问题上表现良好,能够贴近渠系实际运行情况并合理进行水资源配置.     

射流三通对灌水器抗堵塞特性的影响

为探明射流三通应用射流附壁与切换技术形成的脉冲水流对滴灌灌水器抗堵塞能力的影响和原因,采用筛分法,分选出6种小于0. 1 mm的泥沙粒径段,配置成3种泥沙级配组合和0. 5、1. 0、1. 5 g/L含沙量浑水,总进口压力为0. 1 MPa,分析射流三通和普通三通条件下滴灌测试系统的抗堵塞特性。结果表明:射流三通产生脉冲振幅为27 k Pa和振荡频率为236次/min左右的脉冲水流,对粒径为0. 03～0. 05 mm和0～0. 03 mm的泥沙抗堵塞能力较为显著,对粒径为0. 05～0. 10 mm的泥沙颗粒随着含沙量的增大抗堵塞能力呈减弱趋势;射流三通测试系统发生堵塞的灌水次数平均比普通三通测试系统多3～8次;不同含沙量下射流三通测试系统相对平均流量和灌水均匀性都高于普通三通,射流三通产生的高频脉冲水流是灌水器抗堵塞能力强于普通三通的主要因素。