明渠水流测线平均流速横向分布及其应用

基于室内与田间试验,分析了明渠水流流速分布特性,提出了水流测线平均流速横向分布抛物线规律和明渠测流方法。结果表明,抛物线规律表达测线平均流速横向分布具有较高的计算精度,在(1-2x/B)>0.1的范围,实测与拟合计算流速的相对误差在±5%之间;利用测线均速抛物线规律对不同渠形测流具有良好的适用性,相对误差在±5%之间,且减轻了田间施测工作量和便于灌区测流自动化。     

基于平均紊动结构下明渠水流流速分布研究

【目的】揭示明渠水流外区域流速分布偏离传统对数定律的潜在机理。【方法】基于猝发现象,根据雷诺纳维-斯托克斯方程推导出了描述明渠水流流速分布的改进模型,并通过多组试验工况对改进模型的准确性进行了验证。【结果】(1)该模型的分析结果与明渠中内/外区域的流速分布均吻合较好,仅有1.1%左右的误差;(2)将试验结果与当前应用较为广泛的YL、ML和CL定律对比,这些定律预测的结果与外层区域的实测数据相比分别存在3.1%、4.5%、5.2%左右的误差。【结论】二维均匀流中存在尾流定律的原因来自于流速的上下紊动,这种紊动造成外区水流的流速微降。     

矩形明渠流速分布特征及其在流量量测中的应用

通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠流速沿垂线分布的抛物线公式和流速横向分布的乘幂函数公式,拟合分析给出了流速分布系数的确定方法。实测渠道流速资料验证表明,所提出的明渠流速分布规律与实际分布一致。根据提出的明渠流速分布规律,给出了确定明渠流量的简易测定与计算方法,计算相对误差较小,可以满足明渠流量计量的精度要求。在此基础上设计了实用流量自动化测量系统,可以简化明渠测流工作量,降低测量成本、提高明渠测流精度,已在一些引水渠道中使用。     

U形渠道水流流速垂向分布规律及模拟

为了明确U形渠道水流流速分布规律,指导田间用水管理生产实际,基于室内和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特点,将非对称封闭渠道流速分布结果引入明渠水流流速分布研究中,提出了垂向流速分布双幂律,同时给出了相关参数的确定方法,并采用实测资料对双幂律进行了验证.结果表明,U形渠道同一测线不同测点水流流速随着垂向位置的升高而逐渐增大,但在水面处有所减小,最大流速出现在水流表面以下.在此基础上建立的能够同时表达上下底面影响水流流速分布的双幂律,能够准确表达U形渠道水流流速分布特点;与常用流速分布规律相比,双幂律具有更高的计算精度.经实测资料验证,双幂律拟合流速垂向分布计算结果的相对误差较小,在相对深度处于0.10～0.95的计算区间内,双幂律计算相对误差小于5%,且对常见的不同断面、不同规模渠道具有普遍适用性.     

基于机器学习的含植被水流流速分布研究

引入机器学习的方法,对含植被渠道断面流速分布进行预测,分析水流与植被的相互作用机理。基于变量间的物理关系,得到机器学习模型的输入、输出项,结合非淹没刚性植被模型试验数据,并利用BP神经网络、RBF神经网络、支持向量回归SVR和随机森林RF四种机器学习方法对预处理后的数据集进行学习和建模。最后,通过模糊意见集中决策方法中的Borda数,对四种模型进行综合评价。结果表明:机器学习模型可以根据具体数据进行自适应建模,具有良好的工程应用前景;机器学习模拟结果与试验测量结果吻合较好,说明机器学习方法可有效预测含植被水流流速分布结构;其中BP神经网络的整体性能最好,综合使用4种模型的计算值可提高结果精度。     

不同示踪法测量砾石层中水流流速研究

采用室内试验,用平均粒径约2cm的砾石,在长4m、宽15cm、高50cm的水槽内堆积厚为5cm的砾石层,在坡度为4°、8°、12°和流量为3、6、12L/min条件下,距离电解质脉冲发生器0.3、0.6、0.9、1.2、1.5m处放置探针,测量电导率变化过程,计算水流的最大流速、优势流速和平均流速,并用染色剂示踪法对比砾石层中水流的最大测量流速。结果表明,试验所用各工况,流量对流速的影响不显著,坡度增大,流速明显增大。试验条件下,水流的优势流速变化范围为0.031~0.070m/s,优势流速与最大流速的比值稳定,在0.81~0.83之间。平均流速与优势流速的比值随坡长的增加逐渐增大,增长的速率逐渐减小并趋于稳定。平均流速与最大流速的比值在0.68~0.78之间,并随距离的增加稍有增大。     

含刚性粗糙元渠道水流流速分布试验研究

【目的】探索渠道内刚性粗糙元对水流流速分布的影响。【方法】用三维超声波多普勒流速仪(ADV)采集水流稳定后不同位置的流速值,并对获取数据进行平均化处理,分析了不同流量、不同粗糙元布置形式和不同粗糙元形态下明渠中非淹没刚性粗糙元前后水流流速结构和淹没刚性粗糙元后尾流结构,着重研究水流纵向流速u的纵向分布结构。【结果】①非淹没圆柱体试验,在不同流量、不同圆柱体排数下,流速u的流速分布相同;②淹没粗糙元在y方向使水流形成了1个3层的速度剖面,3层水流流速分布不同,不同淹没粗糙元形态对水流结构具有显著影响;③基于模型试验数据,对非淹没圆柱体试验数据采用非线性拟合的方法,分别得到了单根圆柱体上下游纵向流速分布的拟合式;④采用量纲分析得出,粗糙元在淹没条件下,其下游纵向流速u与水流特性、渠道特性及粗糙元特性有关。【结论】淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布形成了1个3层的速度剖面;而非淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布均呈现出"对勾"的形式。     

壅水条件下弯道流速分布规律研究

为研究壅水条件下弯道流速分布规律,对90°弯曲河道开展了不同壅水程度的概化水槽试验。通过ADV对弯道试验段的三维流速进行精细测量并分析后发现:不同壅水程度试验组次的水流动力轴线在弯顶断面以前基本一致,过了弯顶断面,随着壅水程度增大,水流动力轴线向凹岸偏移的位置越靠近下游;对于同一断面,随着壅水程度增大,水深逐渐增大,时均流速逐渐减小,纵向流速和横向流速分布也越来越均匀。     

U形渠道横向流速分布规律及测流

借助U形渠道试验，利用指数公式对实测流速值进行分析。结果表明，指数公式可以很好的表示U形渠道横向流速分布规律。结合推导出的流速指数公式及流速-面积法，探索出了U形渠道流量计算公式，经实例验证，该公式误差较小。     

坡面薄层水流滚波演变规律试验研究

为探求坡面薄层水流滚波产生机理及其演化规律,采用变坡水槽试验,结合超声波测量技术,研究了5种坡度和21种单宽流量下坡面薄层水流的水力特性及失稳特征。结果表明,试验条件下,坡面水流流态指数平均值为0.536,水流流态以紊流为主,流型为急流;特定粗糙床面条件下,随着流量的增加,水流经历失稳到滚波猝灭再到二次失稳的演变过程;滚波猝灭临界流量随着坡度的增大而逐渐减小,其临界雷诺数在509~602之间,临界弗汝德数在3.29~7.39之间;随着流程长度的增加,滚波的波速变化不大,波长和波高逐渐增大,频率逐渐减小,滚波发生沿程聚合现象;当单宽流量和坡度增大时,波速和频率均随之增大,波长变幅不大,而波高呈现先增大后减小的抛物线型变化趋势。     

U形渠道断面流速分布规律的初步研究

通过对U形渠道断面流速分布进行理论分析和试验研究,发现断面内最大流速发生在水面以下,综合国内外学者使用不同的流速仪对矩形明渠和复式断面明渠的试验资料,得出最大流速发生在水面以下是由于二次流的存在引起的。分析水槽实测流速,发现由于最大流速发生在水面以下,使得中垂线流速分布与对数律流速分布形式和抛物线形式拟合曲线都有一定的偏差。     

U形渠道竖向流速分布规律及测流技术研究

在分析国内外学者对明渠水流流速分布规律研究成果的基础上,利用二次函数和对数公式对U形渠道实测流速值进行拟合,发现二次函数形式拟合曲线的相关性在0.93左右,对数形式拟合曲线的相关性在0.75左右。引入尾流函数修正后的对数公式,拟合曲线的相关性达到0.96左右。尾流函数修正后的对数公式中的尾流强度系数取不同值时,流速拟合曲线交于一点。对交点分析得出,在不同的水力特性下,交点水深与测线水深的比值范围固定在0.1~0.2之间,交点流速值与断面平均流速值有很好的对应关系。     

核桃树茎流速率及土壤水动态分布规律的研究

为了探究南疆核桃树更加适合哪一种微灌灌水方式,以新疆阿克苏地区红旗坡新疆农业大学林果试验基地内7a生核桃树作为研究对象,通过不同灌水方式处理条件下,研究核桃树树干的茎流速率变化规律、土壤水动态分布规律和核桃产量及品质,来对比出较为适合核桃树的灌水方式。结果表明,滴灌灌水方式下土壤水的动态分布形态更加吻合核桃树树根的分布;在滴灌灌水方式下的核桃树树干茎流速率比涌泉灌大11.91%以上,且水分利用率上滴灌相对涌泉灌高了35.71%,总产量要比涌泉灌灌水方式的总产量多35.82%。在品质上,滴灌的核桃脂肪含量达到了68.20%,要比涌泉灌灌水方式下核桃脂肪含量大了2.10%。综合表明滴灌较为适合用于灌溉南疆核桃树。     

基于Tsallis熵的两点法确定明渠断面流速分布及数值模拟验证

在现代农业灌溉中,为了得到明渠断面的流量,首先需要确定明渠断面的流速分布,然而以往的流速分布公式大都不够准确,无法满足精准灌溉的需求,针对这一难题,在基于Tsallis熵推导流速分布的基础上,对熵参数重新推导,提出新的熵参数,进一步简化了流速分布公式,提出两点法确定断面流速分布的研究方法,并结合实测资料和数值模拟软件进行验证。结果表明：通过测量水面下断面中心线上一点流速值u_c与相同水深下另一点的流速值u_z,可计算出流速分布公式中两个未知参数G_p、m_p,确定该水深位置横向流速分布公式,再通过已知参数计算出断面最大流速u_max,并确定断面中心线流速分布公式。与以往的流速分布公式相比,两点法更加简便,能够较好的应用在工程实际中,具有较高的理论意义和实用价值。     

膜下滴灌条件下玉米开花期水流阻力分布规律

通过田间试验,以玉米开花期为例,分析了膜下滴灌条件下株高、单株叶面积、根系直径、根系重量等生长指标及土水势、叶水势、根水势与灌水量之间的关系。计算了玉米开花期不同界面的水分传输阻力,并分析了各阻力与灌水量之间的关系。结果表明,膜下滴灌条件下450、525、600 m3/hm2的灌水定额对玉米的株高影响不大,但单株叶面积随着灌水定额的增大而增大;玉米根系在0~40 cm土层所占的重量百分比分别为83.74%、92.94%、93.55%。玉米根水势为叶水势的5~6倍,相比膜孔灌,滴灌条件下叶—气水势差略有所减小,土根、根叶水势差均有所增大。玉米土根接触阻力、根系吸收阻力分别占土根总阻力的46.12%~57.15%、42.45%~53.37%。在各界面阻力中,叶气界面阻力占总阻力的98%左右,植物内部阻力占总阻力的1.11%~1.52%,土根接触阻力占总阻力的0.43%~0.46%,土壤阻力所占总阻力比重较小。     

多孔出流管水流阻力及压强水头分布规律研究

对DN32×20T型三通管(多孔出流支管局部水头损失主要发生位置)进行了局部水头损失试验研究,结果表明光滑紊流区内主管至侧管流向局部水头损失系数1随雷诺数的增大而变化很小,随分流比的增大而增大;而主管至直管流向局部水头损失系数2随雷诺数的增大而减小,随分流比的增大先减小而后增大;并给出了局部水头损失系数1与2的经验公式。与实测值对比得出:提出的沿支管方向毛管进口压强水头经验计算公式具有较高的计算精度;最后,利用本文提出的局部水头损失系数经验公式分析了等距、等流量多孔出流支管局部水头损失与沿程水头损失的比值hj/hf的变化规律,并给出了扩大系数K的经验公式。     

闸前梯形断面90°弯道水流垂线纵向流速分布的实验研究

在实验的基础上，对平底平板多孔问问前梯形断面90°弯道水流垂线纵向平均流速分布规律进行了研究，得出了垂线纵向平均流速沿流程的分布规律，为弯道纵向流速的理论研究提供了可靠依据。     

渠底螺旋流形成及其流速结构的分析研究

渠底涡管螺旋流排沙是利用涡管内产生的螺旋流排除渠道中来沙的一种泥沙处理技术.渠底涡管排沙的机理是水沙的惯性作用和边界条件相结合的产物.在涡管内水流沿管方向运动,同时受到渠道水流纵向流速的影响,在涡管内形成既有纵向流速又有横向流速的水流运动,从而形成螺旋流.为对渠底螺旋流形成及流速结构有一个比较深入的认识,首先分析了影响渠底螺旋流形成的关键因素,并通过已有的试验资料对渠底涡管内螺旋流横向流速分布进行分析计算,然后讨论了不同流量不同底坡对流速分布的影响,得出了关于渠底螺旋流的规律性结论.     

铅丝笼丁坝设计参数的变化对纵向垂线平均流速分布的影响

丁坝作用后,靠近丁坝侧流速减小,另一侧流速加大,坝后出现回流区。但不同设置参数的铅丝笼丁坝作用后丁坝附近的流速分布又有很大的差别。本文通过定床试验,选择不同的坝长,挑角和透水性的丁坝展开试验,对丁坝附近的纵向垂线流速分布进行详细的量测,分析后得出丁坝设置参数的变化对丁坝附近的流速场的影响规律。     

土壤水流动系统及其应用初探

土壤水流动系统是由水势场,介质场,水化学学场,温度场耦合而成,并在时空四维上不断演变化的动态系统,土壤水调控就是通过综合措施改善水流动系统的上下边界年及浅部介质特性,优化田间微水文系统、微气候系统及土壤水流动系统。