天然河道分汊口闸段过流水流特性的试验研究

鉴于天然河道分汊口地形、水力条件复杂,流量分配不易控制,在实际工程中,拟建堰闸横向组合型拦河建筑物来调节侧汊流量。采用物理模型方法,在不同流量及闸门开度条件下,研究了新型拦河建筑物闸段过流对分汊河道水流特性的影响,利用经验公式对闸门流量系数进行了计算,并且与实测值进行比较。结果表明:闸段过流时侧汊分流比明显小于全断面过流,且闸门开度和来流流量均影响分流比大小。随闸门开度增大,侧汊分流比增大,且流量越小,增幅越大;当闸门开度相同时,流量越大,侧汊分流比越小。由于水力因素复杂性和拦河建筑物非对称性,拦河建筑物上游水位、流速分布不均,闸门开度相同,流量增大,上游水位最高点向闸段侧偏移;流量增大,闸门开度增大,上游流速峰值向闸段侧偏移;在总流量为3000m3·s-1附近,上游水位不随闸门开度变化。闸门开度一定时,流量越大,闸后消力池内Fr越大,消能效果越好。总流量为4600m3·s-1时,Fr在2.5～4.5之间,产生不稳定水跃;总流量为3000m3·s-1和1500m3·s-1时,Fr在1.0～1.7之间,产生波状水跃。利用三种现行公式计算的流量系数与实测值相比误差较大,现行公式对流量系数的影响因素考虑欠缺,本研究引入闸孔侧收缩系数ε对现行公式进行修正,该修正公式的计算值均在±10%误差范围内,结果较为精确。本试验结果不仅丰富了新型拦河建筑物附近的水流运动理论,也对河道整治、新型拦河建筑物设计等相关工程提供理论支撑。     

量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施过流能力的影响

【目的】研究量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施水力性能及对测流的影响，为扩大堰槽组合量水设施的适用性提供参考。【方法】对3种量水槽出口宽度（b=25，35和45 cm）在不同流量（5～71 L/s）下的35种工况进行水力性能试验，通过中垂面30个测点的水深及垂线平均流速变化，分析出口宽度对设施中垂面水面线和佛汝德数（Fr）沿程变化的影响，明确槽内流和堰槽流的流量阈值；根据流量（Q）与量水槽内测点水深的相关性，分析量水槽出口宽度对流量系数的影响，并建立不同量水槽出口宽度下的流量公式。【结果】3种量水槽出口宽度条件下，中垂面水深和Fr的沿程变化均表现出相似的规律，即中垂面水深在上游段表现稳定，进入量水槽后逐渐下降至出口后的薄水层区域；Fr值在上游段相对平稳，保持在0.1～0.2，进入量水槽后逐渐增大至最大值1.2～1.5，且增大速率沿程变大。上游段的水深和量水槽内的水深均随量水槽出口宽度的增加而减小，出口段、薄水层区域和下游壅水区域的水深受量水槽出口宽度影响不大。上游段至量水槽内部过渡扭面段的Fr值随量水槽出口宽度的增加而增大，量水槽内部梯形窄段的Fr值随着出口宽度的增加而减小。同一量水槽出口宽度下，槽内流的流量系数随流量的增加而增大，堰槽流的流量系数随流量的增加而减小。同一相对作用水头下，槽内流的流量系数随量水槽出口宽度的增加而减小，堰槽流的流量系数随出口宽度的增加而增大。基于建立的3种量水槽出口宽度下的流量公式，得到的流量计算值与实测值的相对误差均在2%以内，使堰槽组合量水设施的适用范围进一步扩大。【结论】量水槽出口宽度对上游和量水槽内的水深有明显影响，出口宽度的增加能够增大堰槽组合量水设施的流量阈值及过流能力，并使临界水深的断面位置向下游推移。     

节制闸水头开度和过闸流量动态特性分析与应用

南水北调中线工程线路长、闸门多、运行工况复杂,且在沿线无调蓄工程,对输水技术要求很高、难度大。为达到按计划流量输水的目标,需通过调整多个闸门的过闸流量来实现。通常对节制闸过闸流量进行计算,可选取经验水力学公式并根据定期实测过闸水流数据对相关参数进行修订。本文以南水北调中线工程北易水节制闸为例,应用Matlab拟合工具,通过拟合过闸流量与水位、闸门相对开度的关系,建立数学模型。使用结果表明,根据实测流量资料建立的水位、开度、流量关系完全可以用于对过闸流量的动态监测,并且方便、可靠。     

D50型U渠专用测流堰的结构设计及性能研究

为了进一步研究渠道水力特性,完善渠道量水技术,实现灌区用水量的有效监测控制,以D50型U渠为例,基于堰流原理,设计了一套由三角型、平顶型和复合型组合而成的便捷式测流装置,并以流量、断面位置等因素为变量因子,对不同工况下渠道断面的流速、水位进行测定分析。结果表明:测流装置的安置会引起上游渠道水流流速和水位的分布变化;随着测流装置安置位置与测试断面的距离增大,水流流速先增大后趋于稳定,水位先下降后趋于稳定;各断面的水位随着流量的增大而增大,二者呈幂函数关系或多项式关系,且这种关系会因测流装置的不同而表现出差异;三角型测流装置适用于小量程测流,平顶型测流装置使用于大量程测流,复合型测流装置的测流量程最大。该研究成果可为促进农田节水灌溉、优化水利资源管理提供技术支撑。     

浅析农业灌区用水管理中量水技术的应用

灌区量水,是节约灌溉用水、提高灌水质量和灌溉效率的有力措施,是实行计划用水和准确引水、输水、配水和灌水的重要手段。灌区量水虽然不是直接的节水措施,但它是灌区农业用水合理分配及采取高新节水措施的前提性工作。1灌区量水的主要设施与方法1.1利用渠系建筑物量水利用闸涵、渡槽、倒虹吸、跌水等渠系建筑物,其测流原理是根据建筑物不同流态的流量计算公式,     

U形渠道圆头量水柱的数值模拟

为进一步研究U形渠道圆头量水柱过流特性及测流精度,利用Flow-3D软件对U形渠道圆头量水柱水力特性进行数值模拟,将渠道水流流态及水面线的实测值与模拟值进行对比,同时研究不同规格的圆头量水柱流量与驻点水深的关系及水头损失情况,并拟合出其流量公式。结果表明:模拟值与实测值的相对误差10%,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为圆头量水柱的结构优化提供依据。流量与驻点水深有很好的线性相关关系,相关系数0.98;水头损失随收缩比的减小而增大,相比量水槽水头损失较小,但顺流长度过大,水头损失反而增大;根据数据拟合出的流量公式,最大相对误差为9.74%,平均误差为2.66%,满足精度要求。     

上下游水位对平底板水闸闸堰出流淹没界限的影响

通过对平底板水闸闸堰出流界限及淹没界限的探讨，结果表明：闸孔出流及堰流的界限不仅与闸门的相对开度有关，而且还受水闸上下游水位的影响，提出了闸堰出流淹没界限的判别指标及波状水跃状况下的淹没界限     

水力自控斜轴式闸门研究

本文研究的水力自控斜轴式闸门是一种新型闸门,该闸门的工作原理是利用上游来水的水压力和闸门自重,实现闸门的自动启闭。在传统闸门的研究基础上,对其进行了创新改造,使其不仅具有传统闸门相同的挡水与泄水功能,而且操作灵活,运行简单方便、安全可靠。目前对于水力自控斜轴式闸门的研究相对较少,本文通过理论分析与物理模型实验相结合的方法对水力自控斜轴式闸门的水流特性进行了初步研究,并得到了闸门的流量公式和流量系数     

渠道下游常水深运行非恒定流数值模拟研究

为了研究闸门调控下的梯形渠段非恒定流过渡过程,在下游常水深运行条件下,采用矩形网格特征线法,对渠段上游来水量变化和渠段上游闸门在不同线性调节方式下引起的非恒定流过渡过程进行了数值模拟,研究了渠段上游来水量变化时下游流量、上游水深变化过程,探讨了渠段上游闸门在不同线性调节方式下上、下游流量和上游水深的变化过程。结果表明,当上游来水量变化时,下游流量和上游水深经历一段时间都趋于稳定,且流量变幅越大,趋于稳定的时间也越长。闸门按线性函数式调节开度后,闸门过流流量、上游水深基本按线性规律变化,而后基本维持稳定不变。     

节制闸开度对分水口流速分布的影响

研究节制闸在调节分水口水位和流量时,闸门开度对分水口附近流速和泥沙分布的影响.采用梯形渠道分水口水力特性试验和数值模拟相结合的方法,对不同闸门开度下闸前主渠道沿程水深的变化规律及闸门开度对分水口附近流速的影响进行研究.结果表明:1)主渠道水深模拟值和实测值的决定系数R2、纳什系数NSE和均方根误差RMSE分别为0.89...     

矩形渠道分水口分流规律及影响因素

目前渠道分水口分流规律的研究侧重于分水口两侧渠底高程一致的情况,但在实际工程中多为侧渠道渠底高程高于主渠道渠底,针对这一实际问题,对矩形渠道直口渠分水口进行分流规律试验,测量分水口处的水深,获得分水口处的水面线,分析不同分流比下,水面变化和分流比与相对堰上水头、主渠上下游傅汝德数的关系及流向角与分流比的关系。结果表明:不同来流量下,分水口附近的的水面线变化规律基本一致,都为壅水曲线;同一流量下,分流比随相对堰上水头的增大而增大,随主渠道分水口上下游傅汝德数的增大而减小;同一流量下,流向角随分流比的增大而增大,增加趋势逐渐变缓,最大流向角均趋近于60°。     

无分叉灌溉渠道系统非恒定流计算机模拟模型

本文建立了一无分叉灌溉渠道系统非恒定流计算机模拟模型。渠道断面可以是规则的或不规则的；横向水工建筑物可以是水闸、堰，侧向水工建筑物可以是水闸、堰、水泵站，且可任意组合．该模型可用作渠道系统的设计，运行管理，自动化中水力计算的工具。     

矩形薄壁堰贴壁堰流试验研究

矩形薄壁堰是一种重要的量水工具，使用中发现，当小流量通过薄壁堰时，易发生水流贴壁现象。通过反复的现场放水试验研究，发现矩形薄壁堰发生贴壁堰流时的水位流量关系与正常堰流时的水位流量关系不一致，相同水位时贴壁流的过流能力大。本文提出了防止贴壁流现象发生的方法和措施。以期引起使用者的注意，在应用矩形薄壁堰时应注意避免水流贴壁现象的发生，以免影响测流的准确性。     

臂坡对堰槽组合设施测流影响分析

针对堰槽组合设施在遭遇洪水、水位较高时引发的坡脚掏蚀、岸坡冲刷崩塌等问题，将设施两侧堰顶设置一定坡度，形成向槽内倾斜的臂坡，使水流向设施中部集中，减少对两岸边坡的冲蚀。采用水力性能试验的方法，对3种臂坡(0，1/16和1/8)在12种流量(6~61 L/s)条件下的中垂面水深、弗汝德数沿程变化规律、臂坡对设施泄流能力的影响及流量公式进行研究。结果表明:1)3种臂坡下的堰槽组合设施水深沿程变化相似，随着臂坡的增大，中垂线上游水位壅高增大，两侧堰靠近岸坡一侧的堰上水深减小，明显减少了水流对两岸边坡的冲蚀；2)臂坡对临界流断面位置影响较小，集中出现在排淤量水槽梯形窄段的后半段；同一流量下，堰槽组合设施的流量系数随臂坡的增大而减小；同一臂坡下，堰槽组合设施的流量系数随着流量的增大而减小；3)相对水头较小时，流量系数变化明显，相对水头较大时，流量系数相对稳定，将流量系数分为变动流量系数和稳定流量系数2个区，并分别拟合出不同臂坡条件下的流量计算公式，与实测流量相比，臂坡为0、1/16和1/8时，相对误差绝对值的最大值分别为2.22%、2.37%和2.21%，平均相对误差分别为0.88%、0.95%和1.15%。此外，在流量为11 和21 L/s时，臂坡的增大使得流量公式计算值的相对误差由-2.22%降至-0.44%和由2.35%降至-0.24%。综上，臂坡的存在能够减少水流对两岸边坡的冲蚀，对临界流断面的影响较小，增大臂坡还可有效提高堰槽组合设施在小流量情况下的测量精度。     

闸门开启过程中非恒定流与闸下消能防冲的研究（2）：灌区水闸启 …

利用物理模型对闸门开启过程中水流进行研究,证明了闸门开启过程中和全开之后一段时间内非恒定流的存在。以圣维南方程为基础建立数学模型,利用物理模型实验数据验证,并分析了主要影响因素。从而得到适用于模拟闸门开启过程中渐变非恒定流的数学模型,为寻找水闸消能防冲设计参数提供依据。该模型经过辽阳灯塔灌区实测数据的验证,是正确合理的。     

基于SPS的输油管道典型事故瞬态工况分析

为准确掌握输油管道事故工况变化对安全运行的影响,基于SPS管道仿真模拟软件,对输油管道典型事故发生时的瞬态工况进行模拟分析,得出了输油管道瞬时压力和流量的变化规律。结果表明：管道沿线泵站停运时,流量减小,进站压力升高,出站压力降低;泵站启动时,流量增加,进站压力降低,出站压力升高;阀门突然关闭时,阀门通过流量迅速降低为0,上、下游流量下降,上游压力上升,下游压力降低;管道发生泄漏时,泄漏点压力迅速降低,上游流量增加,下游流量减小,上、下游压力均降低。分析结果对制定输油管道事故应急预案具有一定的指导意义。（图6,参10）     

溢流堰下泄水流噪声频谱分析

以模型试验的形式,研究溢流堰下泄水流噪声问题。试验选定宽顶堰和WES堰进行研究,设定3个流量,测量并记录下泄水流噪声频谱值,对其进行分析。结果表明:相同堰型相同测点的噪声随流量增大而加大,相同堰型相同流量的噪声最大值出现在溢流堰与尾坎之间;WES堰的最大噪声值比宽顶堰的最大噪声值大1dB,而其最小值比宽顶堰的最小噪声值小8dB,说明噪声频谱值的大小与堰型、流量等因素有关。