动态河道最低水位计算方法探讨

针对如何在宽浅多变、河床冲淤变化较大的河流确定泵站取水口水位这个问题,利用水位流量关系,抓住河床冲淤变化影响最低水位这个主要矛盾,根据测淤断面多年的淤积测量资料,求得一定水面宽度的主槽平均河底高程,与相应的河道水深叠加后以确定取水口水位。     

大凌河中下游输沙特性分析

基于大凌河流域自然状况及社会经济状况,选取上窝堡、朝阳、义县、凌海等4个主要水文站实测资料统计流域特征,分析大凌河输水输沙能力,同时结合流量与输沙率变化关系图、主槽平均面积比较表、各河段主槽宽度多年变化关系图、各河段不同时期的主槽容量表,从输水输沙能力和横纵向冲淤变化的角度上分析大凌河河床形态。结果显示:大凌河的河口以凌海为顶点,先向南再向北发展,体现出反复摆动的特征;河道平滩河槽和枯水河槽的过流能力由上游到下游沿程逐步增加;河道主槽的宽度反复变化,趋于逐渐变窄,主槽面积逐年递减。     

变坡陡比降河道逆行淤积物清水冲刷规律研究

陡坡河道洪水过程中常伴有强烈的泥沙输移,导致河道行洪断面缩小及水位的异常激增,但洪水过后泥沙往往被冲刷输往下游,在河道中难以发现泥沙的踪迹。泥沙造成洪水漫溢仅在洪水过程中发生作用,使得人们通常认为洪水发生的根源是强降雨,而忽略了泥沙的附加致灾作用。为了探索泥沙在洪水灾害中的影响,本文在变坡水槽中研究了在上游来沙量突变为零时床面前期淤积泥沙的冲刷发展及水位变化规律,解释了非超标洪水条件下,河道洪水位畸高而又未见明显的断面萎缩异常灾害的现象,探明了泥沙与洪水灾害的因果联系。试验结果表明上游来流量、加沙强度和泥沙粒径越大,冲刷水深越大。上游来流量、加沙强度和河床比降越大、泥沙粒径越小,冲刷速度越快。     

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。     

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...     

影响界牌河段江心洲洲头低滩演变的因素分析

处于自然演变状态的分汊型河道江心洲洲头一般会有洲头低滩的存在,洲头低滩通常是航道边界的重要组成部分。当洲头低滩形态完整时,航道状况往往较好;当低滩低矮分散时,航道条件变差甚至会出现碍航状况。选取界牌河段新淤洲洲头低滩为例,并结合其他河段的资料,分析了洲头低滩的演变特点,影响因素以及决定低滩不同部位冲刷强度的水动力条件指标。结果表明,与江心洲相比,洲头低滩演变更加剧烈,生成到消失的周期更短;来水来沙条件和河道地形条件是影响低滩冲淤演变的首要因素;低滩不同部位的稳定取决于当地水流动力条件与床面泥沙抵抗起动能力之间的对比,当地流速U与床沙起动流速Uc比值的大小决定了冲刷强度的大小。     

多沙水库非恒定水沙动床数学模型研究

通过选取水流挟沙力、动床糙率等计算公式,考虑河槽在冲淤过程中河宽变化规律的模拟,并着重克服以往数模取恢复饱和系数小于1等理论上的不足,使准二维非恒定水沙动床数学模型在计算多沙水库的水沙运动时符合天然实际,定量结果更为可靠。然后,利用典型水库——黄河三门峡水库1994~1999年实测水沙系列及相应资料,对数学模型进行验证计算,以便该数模能够正确模拟原型泥沙冲淤变化、水位变化、泥沙级配变化、含沙量沿程变化、河床形态调整变化等规律。     

基于MIKE11的山丘区小流域洪水演进模拟与分析

以历城区柳埠镇所在3个小流域为研究对象,选用MIKE11模拟软件建立了一维河道沿程洪水演进模型[1],完成了不同量级洪水的演进过程模拟与分析。拟定了五种不同的洪水模拟方案,并对不同设计方案下的洪水的演进过程进行了模拟,得出了不同量级洪水沿程水面线动态结果、各断面洪峰流量及淹没水位结果和各断面淹没水深结果。结果表明:模型对山丘区小流域洪水演进过程整体模拟效果可信,可应用于实际山丘区小流域的预警指标的计算分析中;模型模拟结果符合河道洪水演进规律,可为该地区防洪评价及预警工作提供一定的数据支撑和参考依据。     

不同模型在险滩整治工程方案设计中的综合运用

结合洞庭湖区毛角口滩险滩整治工程设计,合理地将船舶物理模型、定床物理模型和平面二维水流数学模型等试验手段用于方案比选,对整治工程方案从改善通航条件、引起河道分流比变化、沿程水位变化、局部流态变化及整治工程对堤防安全的影响等方面作出了综合分析,为优选工程方案提供依据,并总结出了不同模型在此类工程应用上各自的特点.     

分期导流围堰对河道水流影响的试

采用水槽试验对围堰附近的水流运动进行了系统的试验研究。通过详细分析围堰进、出口附近水流的断面流速分布以及沿程流速、水深变化规律，给出了分期导流围堰对河道水位和流场的影响，结果表明：（1）围堰的存在对其上游流场的影响范围比它对水位的影响范围要小得多；（2）围堰进、出口附近的水流运动呈现出明显的三维特性。所得结论为相关工程实践提供理论依据。     

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。     

塔里木河河床演变和河道整治分析

塔里木河位于塔克拉玛干沙漠，其河床演变和河道整治对保护塔里木河具有重要的意义。通过水沙特征分析，塔里木河年输沙量变化与年径流量的丰枯变化相应；输沙量和径流量年内高度集中，最大四个月出现月份基本一致，最大四个月的年内集中程度均大于70%。经过河床稳定性计算，上游阿拉尔站和新渠满站纵横断面不稳定，中游大坝站相对稳定。从河道冲淤变化来看，淤积量大于冲刷量，河床总体趋势为抬升；由于上中游河道断面变化频繁，洪水漫溢严重，必须进行河道整治。针对塔里木河的特点，提出了河道整治措施，分析了河道整治对生态环境的影响，探讨了生态环境保护的对策。     

人类活动影响下长江上游水沙条件变化趋势

长江是中国最重要内陆水运通道之一。近年来,人类活动(梯级水库建设和人工采砂)严重影响了长江上游河道河床演变规律。通过分析长江上游2005至2017年的水沙实测资料,对比长江上游梯级水库联合运行前后(2012年前后)发现,梯级水库群下游年内水文过程与泥沙输运量受水库群运行的影响较大。梯级水库拦沙作用使长江上游河段年均推移质和悬移质较水库群建成前分别减少了87%和98.5%,水库群下游泥沙补给大幅减小引发河床冲刷、粗化,河床表层床沙中值粒径较水库群建成前明显增大。人工大面积采砂破坏长江上游河道河床粗化表层,形成局部挖沙坑,造成河床形态异常演变。总体来看,梯级水库清水下泄与采砂监管将使水库群下游河道表层粗化层更加稳定,河床演变逐渐趋近稳定。     

长江福山倒套河床演变分析

运用大量实测水下地形及岸线利用资料,对福山倒套成因,演变及发展趋势做了计算分析。结果表明,福山倒套上段和倒套中下段均处于淤积阶段。其中倒套下段河床近徐六泾节点主槽,河道较深且具有使河床处冲淤平衡状态的水流条件;倒套中上段河道较浅,水流滞缓,淤涨较快。利用平面二维水流模型模拟预测结果表明,倒套落潮水动力场受其上部串沟支配,上部串沟的淤涨,使倒套上段流速进一步减小,淤积加快。此外,提出了相应的整治措施,以保证福山倒套河势稳定。     

清水冲刷山溪性卵石河流河床粗化室内试验研究

为探究清水冲刷后山溪性卵石河床流速、粗化级配和冲刷深度的变化规律,以水槽概化模型试验为主,设置3组流量、坡度、非均匀沙,对河床变化过程进行初步研究.研究结果表明:不同工况下,测线流速与冲刷深度沿槽宽分布不均,由边壁至水槽中心呈增大趋势.流量一定、坡度增加时,测线流速与水深呈反比;坡度一定、流量增加时,测线流速与水深呈正...     

引黄灌区侧向取水口泥沙淤积和入渠特性

以内蒙古磴口引黄扬水灌区为研究对象,根据4个灌水期泵站开、停泵时取水口前的泥沙淤积厚度以及运行期间取水流量和入渠含沙量的检测结果,研究了取水口泥沙淤积特性和入渠特性.结果表明,流速比和取水口分流宽度是影响泥沙入渠的主要因素.流速比越小,取水口分流宽度越大,横向环流作用越强,推移质入渠量越大.侧向取水的泵站,取水主流区偏向下游,当流速比增大时,取水主流区更偏向下游.在平面回流和横向环流的共同作用下,取水口推移质入渠量呈现下游大于上游的分布.取水口前设置拦沙坎可以有效地阻止推移质入渠,拦沙坎顶部设在距自由水面1.6 m以下,既可以极大地减少泥沙入渠,又可以获得较好的水流流态,防止水泵空化、气蚀.     

明渠横向取水旋涡影响因素数值模拟及试验研究

明渠岸边横向取水是一种常见的取水形式,在明渠主河道与横向取水口衔接处,横向取水易产生旋涡引起取水效率降低,其影响因素及机理有待进一步探明.基于水气两相VOF方法,以中国南方某横向取水工程为例,建立了三维数值模型,并对横向取水过程中引起的旋涡进行数值模拟,探究其产生机理.同时定量分析了衔接段圆弧半径、主河道及取水流速3个因素对旋涡的影响,并通过物理模型试验进行了验证.结果表明横向取水衔接段由于河道突然扩散,导致水流脱离边壁,极易形成旋涡.同时衔接段圆弧半径、主河道及取水流速均会对涡带的生、消和形状产生重要影响.当衔接段圆弧半径变大、主河道和取水流速变小时,单个旋涡半径变小,存在时间也会有所缩短,整个涡带的存在范围也有所缩小.研究进一步深化了横向取水的水力学机理,为横向取水口的优化设计提供技术支撑.     

不同鳃片间距下的分离鳃内部流场三维数值模拟

为研究鳃片间距对分离鳃的速度场及泥沙分布特性的影响,采用Fluent软件中的层流模型和欧拉模型,运用Phase Coupled SIMPLE(PC-SIMPLE)算法,对不同鳃片间距下分离鳃的水沙两相流流场进行了静水沉降的三维数值模拟。根据数值计算结果,对速度场和含沙量分布特性进行了对比与分析。结果表明:不同鳃片间距下,分离鳃内部的速度场分布规律有所不同,鳃片间距越大,速度流场受到来自泥沙通道中的泥沙流与清水通道中的清水流影响就越大;鳃片间距越小,分离鳃的沉淀效果越好。以泥沙平均速度和清水平均速度作为考核指标,同时考虑分离鳃内部的流场特性、水沙分离效果与制作分离鳃的成本,则最佳鳃片间距为5 cm。     

扭切式鼻坎出坎水舌空间形态分析

针对狭窄弯曲型河道,泄水建筑物末端布置传统的连续式挑流鼻坎,出挑水流直冲对岸,既威胁岸坡安全、水舌也难以平顺归河。通过RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF法,对扭切式挑流鼻坎出坎水舌及空间形态进行三维数值模拟。研究表明,扭切式鼻坎的大角度挑射使出挑水舌竖向拉开明显,左侧边墙的偏转能够保证出坎水流发生横向翻卷,使水舌落点导向右侧河床,在有效适应下游河谷地形变化的同时,能够减轻对下游河道的冲刷并改善雾化现象。模拟成果还表明,扭切式鼻坎出口附近最小空穴数σ=0.60,空蚀破坏不易发生。