曲线型三维异型掺气坎水力特性研究

基于矩形泄槽物理模型试验,研究了泄槽底部设置较为特殊的曲线型边界的三维凸型和凹型掺气坎的掺气水流特性,并将同种条件下传统直线型连续掺气坎的掺气水流特性与之做比较。结果表明:不同体型的掺气坎水力特性及流态有明显的差异。3种体型的掺气坎中,直线型坎掺气空腔长度最大,凸型和凹型掺气坎对增大掺气空腔长度不利;空腔回水深度随着单宽流量的增大而增大,凸型坎有利于减小掺气空腔回水,特别是在较大流量时效果更明显;3种掺气坎掺气空腔后近壁水流掺气浓度沿程均迅速衰减,泄槽底板和边墙的近壁水流掺气浓度分布有所不同,导致泄槽底板的掺气保护长度,直线型掺气坎的最大,凸型坎的次之,凹型坎的最短,但泄槽边墙的掺气保护长度则是凹型坎的最长。凹型掺气坎对保护边墙免遭空蚀破坏、增大边墙的保护范围更有利。研究成果可为应用异型掺气坎的采用提供更多的参考和实验依据。     

蒿枝坝水库工程溢洪道侧堰水工模

结合蒿枝坝中型水库除险加固工程侧堰溢洪道水工模型试验研究，对侧堰溢洪道的泄流能力、堰面压力、水流流态、水面线等水力学特性进行了观测分析，比较了加大侧槽底坡与堰后加斜坡试验方案和加大侧槽底坡与侧槽左、右边加斜坡试验方案，推荐出堰后加斜坡试验方案，使流道内水深分布趋于均匀，过流能力得到提高。     

外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

溢洪道陡槽段设置不连续的外凸型阶梯之后,可明显降低陡槽段流速,增大泄流的消能率,简化其下游消能设施。在水力模型试验的基础上,对陡坡段坡度1∶1和1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流流态进行观察和测试,对这两种坡度的外凸型阶梯陡槽段应用条件进行分析,提出了坡度为1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深的计算方法。应用本文成果和结合前期的研究成果,可将外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深计算的坡度范围由1∶2~1∶6扩展为1∶1.5~1∶6,并可进一步计算出相应坡度水面掺气断面下游掺气水流区段的沿程水深和消能率。     

小河水电站溢洪道体型优化试验研

小河水电站溢洪道试验泄流能力大于设计泄流能力，整体布置方案优化后泄流能力满足设计要求，并大大减小了工程量。针对溢流堰闸墩后产生的水冠以及出口消能段存在的问题，通过模型试验进行体型优化，取得了较为理想的成果。① 中墩由原来4.0m改成3.0m厚并在其后部以流线型尾墩相连接，基本消除了水冠，大大降低了冲击波高，泄槽水流稳定。② 经过窄缝式挑坎和斜切挑坎试验方案比较，斜切坎能够很好地适应溢洪道轴线与下游河道流态衔接，同时达到了消能和改善下游河道流态的目的。     

溪洛渡泄洪洞掺气减蚀设施及体型优化的试验研究

结合溪洛渡水电站3号泄洪洞,在大比尺水工模型试验的基础上,对目前高水头明流泄洪洞掺气减蚀设施和体型的典型设计方案进行修正和优化研究。试验表明:通过采用掺气跌坎和挑坎相结合的组合形式、在反弧段前增设一道掺气坎、缩短渥奇曲线段的长度和减小反弧段的圆心角等措施,可明显改善掺气效果,增大反弧段前掺气坎的掺气能力,从而有效减小和消除反弧段末端掺气盲区。该研究对于高水头、大流量明流泄洪洞掺气设施和体型的合理设计具有十分重要的价值。     

U形渠道斜坎量水堰水力性能试验研究

针对底坡大于1/200的U形渠道的量水设施匮乏,设计了一种斜坎量水堰,通过在U形渠道上对9种不同体型斜坎量水堰在8种流量下的72组过堰水力性能原型试验,分析了水面线变化趋势、堰高及量水堰坡度对上游壅水高度的影响,研究了各断面水深与流量的关系。结果表明:量水堰上游坡度和堰高对水面线、上游壅水高度影响较大,且堰高的影响大于量水堰坡度对其的影响;建立的斜坎量水堰测流公式精度较高,在量水堰堰高大于5 cm时误差基本分布在±8%以内。量水堰建议堰高P小于10 cm,堰长L为堰高P的10~12倍。     

掺气坎与过渡阶梯联合作用对阶梯面掺气特性的影响研究

阶梯溢流坝面的掺气特性是联合消能工发展的桎梏,而掺气坎与过渡阶梯对阶梯面掺气特性有积极的影响,通过水工模型的方法,结合阿海水电站进行12组试验。研究掺气坎高度11.67、16.67 mm和角度8°、10°以及4种组合过渡阶梯联合作用下,对阶梯面掺气特性的影响。结果表明:掺气坎角度10°、高度16.67 mm这种体型比其他7组掺气坎体型更优,故掺气坎角度与高度适当增加可使水流下缘接触阶梯面的位置后移,掺气空腔长度、掺气面积以及掺气浓度亦随之增大;并且在此掺气坎体型的基础上,过渡阶梯设置为25 mm×33.33 mm(宽×高)的大阶梯,阶梯面掺气特性相对其他3种体型更优,故过渡阶梯体型适度增加,更有利于过渡阶梯进行掺气。通过12组试验的结果分析得出,前置掺气坎角度为10°、高度为16.67 mm、过渡阶梯设置为25 mm×33.33 mm(宽×高)的大阶梯时,阶梯溢流坝面的掺气特性为12种方案中相对最优。     

突扩式跌坎消力池掺气脉动特性研究

高速入射水流进入突扩式跌坎消力池后卷入大量空气，形成掺气水流，气体的存在影响各项水力学指标，对工程安全造成影响。基于物理模型试验，对突扩式跌坎消力池的掺气脉动特性进行探究，分析其掺气脉动幅值特性、概率密度分布特性以及频谱特性。结果表明：无突扩跌坎消力池底板中线的掺气脉动幅值呈沿程衰减趋势，最大值出现在消力池首；突扩式跌坎消力池底板中线的掺气脉动幅值呈先增大后减小的趋势，最大值出现在冲击区；与无突扩跌坎消力池相比，突扩式跌坎消力池可以有效降低底板的掺气脉动强度；消力池底板掺气脉动概率密度曲线不服从正态分布；掺气脉动能量属于低频脉动，随流能比的增大而增大；突扩式跌坎消力池底板在冲击区的掺气脉动能量最大，突扩的存在可有效降低掺气脉动作用在底板上的能量。     

阳江核电水库溢洪道消能试验研究

阳江核电水库溢洪道上、下游落差大，受地形条件的限制，一、二级消力池之间由两段弯道组成，弯道内产生折冲水流和偏流，流态较复杂。本文对阳江核电水库溢洪道工程方案进行试验研究，将溢洪道闸墩改为宽尾墩，并在一级陡槽段槽面加设阶梯跌坎，再抬高二级陡槽段堰顶高程，使弯道调整段水深加大等，改善了溢洪道运行流态，妥善地解决了溢洪道泄流与下游河道水流衔接的问题。     

渥奇面上掺气挑坎布设位置的探讨

渥奇面上设掺气挑坎,流速大时可能发生散水现象,强烈散水会对泄洪建筑物产生不利影响,应尽可能避免。经试验研究发现散水现象的强弱与掺气挑坎布设于渥奇面上的位置有关,布于下游明显弱于上游,主要原因是加设挑坎后,边界变化的剧烈程度不同,上游边界变化更为剧烈。实际布置中,在合理保护范围内,在不发生散水等不良水力现象的基础上,应将掺气挑坎尽量往上游布置,目的是增大保护范围,提高安全性能。该结论对渥奇面掺气挑坎的布设有指导意义。     

矩形渠道分水口水力性能试验研究

为了研究矩形渠道含堰坎分水口水力性能,对不同渠宽比下的分水口进行了试验研究,试验选取了5种流量,每个来流量下通过调节下游水深获得不同分流比,总共75组试验,测量了分水口附近的水深等水力因素,获得了分水口附近的水面变化曲线,分析了影响分流比的因素,根据堰流公式,拟合了各渠宽比下流量系数与相对堰上水头之间的关系式.结果表明:分水口处的水面变化在不同流量下变化规律大致相同,随距分水口距离的不同,水面变化也不同;同一渠宽比、流量下,分流比与相对堰上水头呈线性关系,随相对堰上水头的增加而增加,随主渠道上下游傅汝德数的增加而减小;拟合得到的流量系数计算公式精度较高,相关系数大于0.9,满足测流精度要求.该研究对分水口处水力性能进行了初步的研究,以期为灌区量水提供参考依据.     

温室番茄循环曝气地下滴灌土壤水分动态及耗水特性

为探求循环曝气地下滴灌对温室番茄土壤水分及耗水特性的影响规律,采用正交试验,研究了不同滴灌带埋深、曝气水平及灌水量对温室番茄土壤含水率、耗水量、产量及水分利用效率的影响.整个生育期内番茄耗水量呈先增大后减小的趋势,曝气处理番茄耗水量显著高于不曝气处理.相比于不曝气处理,曝气滴灌处理番茄产量提高10%,水分利用效率提升0.4%.15 cm滴灌带埋深、溶氧值30 mg/L以及75%ET₀灌水量处理的番茄产量和水分利用效率达到最大值,分别为64 951.3 kg/hm²和23.26 kg/(hm²·mm).结果表明,曝气处理对番茄产量、水分利用效率的影响具有统计学意义(P<0.05).曝气对于土壤含水率有一定影响,且曝气处理有助于番茄对水分的吸收.滴灌带埋深和灌水量交互作用对番茄产量的影响具有统计学意义(P<0.05),滴灌带埋深和曝气量交互作用对番茄产量的影响具有统计学意义(P<0.01),灌水量与滴灌带埋深、灌水量与曝气水平交互作用分别对番茄水分利用效率的影响具有统计学意义(P<0.01).     

新型梯形量水堰水力特性试验及数值模拟

梯形量水堰因结构简单、测流精度较高而广泛应用在灌区末端渠道上,但现有灌区梯形量水堰存在的测流范围小、泥沙易在堰前淤积问题严重制约着其应用推广,据此提出以改进堰为基础的堰孔组合的新型梯形量水堰.采用量纲一化分析法确定流量公式,并以水工模型试验结果为基础,率定数值模拟模型参数,利用Fluent软件计算获得4种新型梯形量水堰不同流量条件下的水深、堰流流量值、流速分布及速度矢量图,最后通过试验数据拟合出测流公式.结果表明:不同孔口高度的新型梯形量水堰孔口出流对堰上出流的影响随着堰前总水头的增大而逐渐减小;拟合的流量公式简明易用且通用性较高,平均相对误差为2.63%;将模拟结果与试验值做对比分析,二者吻合度较高,平均相对误差为2.53%,说明模拟结果具有一定的可靠性,可为堰孔组合式量水设施的工程设计提供参考依据.     

梯形渠道跌水口量水的试验研究

跌水是一种较为常见的渠系建筑物,当水流经过跌水口时必然产生缓流向急流的过渡。在梯形渠道上通过2种不同的连接渐变段(扭面与隔墙)以及不同的堰厚和缺口宽度组合,进行了系统的跌水口量水试验,应用量纲分析法建立了2种连接渐变段在不同堰厚下的流量公式,得出流量计算的平均相对误差最大值为3.002%。     

河套灌区渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响

【目的】探究渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响及其变化规律。【方法】以河套灌区典型斗渠规模的渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响为对象,采用水位下降静水法入渗试验,分析了渠道水深对累积入渗量、入渗率、渗漏强度的影响。【结果】(1)在同一渠道水深条件下,土壤累积入渗量随着渗漏用时的延长而增加;土壤入渗率和渠道渗漏强度均随渗漏用时逐渐减小并最终趋于稳定。(2)不同渠道水深条件下土壤累积入渗量、土壤入渗率和渠道渗漏强度均呈现出随水深的增加而增大的趋势。(3)在渠道水深作用下渠床土壤含水率动态分布受基质势梯度、土壤导水率及湿周的影响较大。【结论】渠道水深对渠床土壤入渗特性中的累积入渗量、入渗率、渗漏强度及渠床土壤含水率动态分布均有较大影响,且前三者均随水深的增加而呈现指数规律增大,并且在不同渠道水深的相近入渗特性下最优水深为70 cm。     

干旱区垄膜沟灌条件下土壤水盐空间分布特征研究

研究了垄膜沟灌条件下,不同灌溉定额下土壤水盐空间分布特征。结果表明,土壤含水率的时空分布受灌水次数和灌水定额的影响。灌溉期,在垂直方向上沟底土壤含水率较垄顶明显增加。在非灌溉期,由于强烈的蒸发蒸腾作用,垄顶土壤含水率持续降低,含水率阶段性变化明显。土壤盐分空间分布随土壤含水率的变化而变化,在灌溉期,沟底土壤脱盐深度随灌溉定额的增加呈增加的趋势。在非灌溉期,垄顶在作物生育期均发生积盐现象,且垄顶表层土壤盐分累积量高于沟底表层土壤。     

Surface films affecting velocity profiles of slowly moving water in open channels

Summary Rates of movement of surface films and underlying water were measured using observable solid and liquid tracers. Water flow rate, surface width, water depth, and channel length were varied in flumes in which the water was allowed to flow over a broad weir crest at the tail end. In some runs the surface was blocked 5 cm in front of the weir. When this was done, velocity of the surface film immediately upstream from the block decreased to a small fraction of its previous value and this area of slow surface velocity built upstream with time, extending to as far as several meters under steady state conditions. In this reach, the film at the air-water interface of the water causes drag on the moving water similar to that at a solid-water interface.Water surface in channels one cm wide and 100 cm long stopped moving when the shear force caused by water flowing beneath it dropped to less than 0.0013 dynes/cm². This indicates structure in the surface which does not deform or shear at rates proportional to the force applied. Average water flow velocities from 0.3 to 1 cm per second provided shear stresses in excess of 0.002 dynes/cm² and moved these surface films. However, the velocity distribution across the surface of the channel was not parabolic, and indicated that most of the shear in the film was taking place near the edges of the channel. Extrapolation of these observations to water film dimensions present in unsaturated soils indicates that air-water interfaces in unsaturated soils are usually static.     

滴灌施肥下不同栽培模式对马铃薯生长和水肥利用的影响

为了研究滴灌施肥灌溉条件下马铃薯配套的栽培模式,参考大型喷灌机灌溉条件下马铃薯的栽培模式,布置了"窄垄种植单行马铃薯"和"宽垄种植双行马铃薯"两种栽培模式,研究了滴灌施肥灌溉条件下两种栽培模式对马铃薯生长、产量和水肥利用效率等的影响。结果表明,在滴灌施肥灌溉下,通过负压计指导施肥灌溉,当滴头正下方20cm深度处的土壤水基质势低于-25kPa时进行施肥灌溉时,与"窄垄种植单行马铃薯"栽培模式相比,"宽垄种植双行马铃薯"的栽培模式能有效地改善根区土壤水分状况,促进马铃薯的生长,马铃薯不仅增产9.0%~18.0%,并且灌溉水利用效率提高了15.6%~46.0%,偏肥料生产力提高了17.5%~38.0%。     

微孔曝气式增氧机增氧性能试验

为了研究注水深度对微孔曝气式增氧机增氧性能的影响,采用SC/T 6009—1999《增氧机增氧能力试验方法》规定的试验方法。以直径为10 m的水池作为测试平台,测试分析微孔曝气增氧机的增氧能力和功力效率,从而研究池内注水深度对微孔曝气增氧机增氧能力及动力效率的影响。结果表明,微孔曝气增氧机具有较强的增氧性能,其增氧能力随着试验水池注水深度的增加而增大;动力效率随着注水深度的增加而增加。得出水深是影响微孔曝气增氧机性能的重要因素,因此需研究出更适用于微孔曝气增氧机增氧性能试验的试验方法。