不同逆坡耕作强度对干热河谷区坡耕地水蚀的影响

为了研究不同逆坡耕作强度导致的土壤位移对坡面水蚀的影响,以金沙江干热河谷区坡面径流小区为研究对象,在径流小区5°,10°,15°坡面上,进行单宽流量为0.6 m^2/h的放水试验。在10°坡面的下坡位置设置0.05,0.10,0.20 m土层深度,分别代表连续耕作80,69,46年导致下坡位置土壤损失土层变薄情况。通过收集径流小区出口的产流量和产沙量,研究在不同坡度上的不同逆坡耕作强度导致的土壤位移对坡面产流率、产沙率、总流量和总产沙量的影响。结果表明:(1)在10°坡面,耕作年限越长,产流越快,不同耕作强度(年限)的产流率、总产流量、产沙率和总产沙量均表现46年<69年<80年的变化趋势,说明长期逆坡耕作导致的土壤位移加速了坡面水蚀的发生;(2)在耕作69年的坡面,坡度越大,产流越快。在测定坡度范围,产流率、总产流量、产沙率和总产沙量均表现出5°<10°<15°的变化趋势,即坡度的增加明显增大了坡面水蚀;(3)随耕作侵蚀强度的增大,坡面产流率与产沙率间的指数增长关系越显著,而坡度的增大弱化了水沙指数函数关系。研究成果可为揭示干热河谷区逆坡耕作强度和坡度对水蚀的作用机理提供参考。     

强降雨条件下坡面流的水动力学特性研究

为了研究坡面水流的运动规律及水力特性,基于人工降雨系统试验装置通过系列恒定强降雨过程,研究了不同坡度条件下坡面流水动力学变化过程.结果表明:不同坡长处,流速随坡度的变化存在明显差异.但随着雨强的增大.坡长对流速的影响逐渐减小;相同雨强条件下不同坡度间的流量变化较小,流量随着雨强的增大而增大;相同坡度条件下,坡面流水深及单宽流量与雨强具有较好的函数关系.     

基于近景摄影测量的径流冲刷条件下冻融坡面侵蚀产沙过程

为研究冻融坡面径流冲刷条件下侵蚀产沙过程,采用2个坡度(10°,15°)、3个流量(3,6,9 L/min)、2个起始解冻深度(6,12 cm)组合进行野外冲刷试验,结合近景摄影测量技术分析不同解冻深度、不同坡度和不同流量条件下的产沙量,运用线性回归方程对近景摄影测量值和实测值进行拟合。结果表明:起始解冻深度和坡度相同条件下,冻融坡面的土壤侵蚀产沙量随着径流量和坡度的增大而增大;随着时间推移,产沙量越来越小。在流量和坡度相同时,随着初始解冻深度的增大,坡面产沙量也逐渐增大;在流量和解冻深度相同时,随着坡度的增大,坡面产沙量也逐渐增大。当流量、解冻深度和坡度最大时,坡面侵蚀产沙量达到最大。坡面产沙量实测值与近景摄影测量对比分析得到误差平均精度为90.67%,近景摄影测量技术可以在冻融条件下土壤侵蚀监测中应用。     

改进型深筒式消力井消能效果及影响因素分析

为优化深筒式消力井装置的结构,使其在增加消能率的同时而不影响水流平顺流入下一级管道,并能降低水流对消力井井底的冲刷破坏作用,通过理论分析和模型试验研究,测量了消力井的相关水力参数,计算了不同结构体型消力井的水头损失系数和消能率,从消能率的角度探讨了多喷孔出水口的结构参数、溢流板高度与水头损失系数之间的关系,结合井底压强分布情况寻找较优的结构体型。结果表明:采用多喷孔出水口并增设溢流板的改进Ⅱ型消力井消能率比传统型的要高30%且井底压强分布均匀,在结构上具有明显优势。改进Ⅱ型消力井在小流量情况下过堰水流为自由出流,此时消力井水头损失系数会随流量的增加而降低,当流量增加至淹没出流后消力井水头损失系数随流量变化不明显。相对开孔面积为100%时,消力井主井水头损失系数随喷孔孔径的增加会有小幅度的减小;在距径比不大于2.5时水头损失系数随距径比的增大而减小,距径比大于2.5之后对水头损失系数影响不大;喷孔错列布置的水头损失系数明显比并列布置的大;溢流板高度对消力井水头损失系数的影响不明显,在淹没出流时堰板高度小的消力井水头损失系数略微有所降低。此研究可为深筒式消力井的结构设计提供参考,亦可为解决长距离管道输水过程中的消能问题提供科学依据。     

径流冲刷条件下冻融坡面产沙时空分布

为确定冲刷条件下冻融坡面侵蚀产沙时空分布特征,利用稀土元素(REE)示踪技术,采用2个坡度(10°,15°),4个初始解冻深度(2,5,10,15cm),4个流量(4.5,6.5,8.5,10.5L/min)进行径流小区冲刷试验,分析冻融坡面侵蚀产沙时空变化规律。结果表明:相同初始解冻深度条件下土壤侵蚀产沙量随着坡度和流量的增大而增大,坡面第1坡段发生侵蚀最大,占总产沙量的68.24%,第3坡段产沙量一直趋于平稳状态;坡度相同时,侵蚀产沙量随着起始解冻深度和流量的增大而增大;冻融坡面侵蚀产沙量沿坡面方向和沿土壤深度方向逐渐降低;La元素示踪区产沙量随时间变化呈先增大后减小的趋势,其他各稀土元素示踪区产沙量随侵蚀时间变化的趋势与La元素示踪区产沙量的变化趋势基本一致。     

人工加糙床面薄层滚波流水力学特性试验

为了探求坡面薄层水流水力特性,从流体力学与泥沙运动学观点出发,研究均匀粗糙尺度床面（人工加糙粒径为0.380 mm）,5种不同坡度和17种单宽流量下坡面薄层水流水力学参数变化规律。结果表明：坡面薄层水流流态指数在0.33~0.43之间变化,水力关系可用流态指数综合反映;滚波流速随着流量增加逐渐增加,坡度对其影响较小;波长随着流量呈单驼峰形式变化,即先随流量的增加而增加,达到峰值后又减小,峰值对应的单宽流量为0.278 L/(s·m);滚波频率随流程的增加逐渐衰减,同时随着单宽流量的增加,平均衰减系数增大;试验条件下层流失稳产生的临界弗劳德数在0.64左右,紊流失稳临界弗劳德数在2.13左右。     

滴灌毛管设计(节选Ⅰ)

滴灌毛管设计包括管道布置设计及流量设计。支管间距由田块形状、毛管水力学计算等综合分析确定。最优的系统布置及毛管进口位置,毛管所需的平均进口压力水头（单向毛管、双向毛管）可通过图解法或数解法计算确定。图解方法有利于目估水头损失与位置水头,并可适用于非均匀坡度。数解法更简捷、精确。     

冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P0.05),贡献率分别为17.94%、19.96%和18.43%。冻融前后,土壤分离能力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48g/(cm~2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm~2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P0.05),但其随冻融循环次数增加的变化趋势差异较大,只有在坡度与流量同时较小(10°和≤18L/min)或较大(15°和≥18L/min)时,呈显著增大趋势。冻融循环1、5、10次后,土壤细沟可蚀性分别增大1.25、1.66和1.72倍,随冻融次数的增加逐渐趋于稳定;土壤临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。     

坡度和流量对崩积体坡面细沟水流输沙能力的影响

为探究坡度及流量对崩岗崩积体土壤坡面细沟侵蚀输沙能力的影响,精确计算细沟水流输沙能力,建立坡面细沟输沙能力因子模型,以崩岗崩积体土壤为研究对象,进行室内水槽模拟试验研究。结果表明:(1)不同流量条件下,坡面细沟输沙能力随坡度的增大而增大,且增幅随坡度的增加而增大,可用一元线性方程表示;(2)不同坡度条件下,坡面细沟输沙能力随着流量的增大而增大,可用幂函数表示;(3)崩岗崩积体坡面细沟输沙能力因子模型为二元幂函数方程,其中流量(q)和坡度(S)的指数分别为1.054和0.617,流量对细沟输沙能力的影响大于坡度;(4)通过模型对比发现,Wu模型、ANSWERS模型及Zhang模型方程都无法很好地预测崩岗崩积体坡面细沟输沙能力。     

U 形渠道量水平板水力性能试验研究

根据北方灌区渠道底坡缓且灌溉水流多泥沙的现状,该文针对U型渠道设计了平板量水装置。为了探索不同尺寸悬垂薄平板在明渠水流冲击作用下的水力学特性,确定流量与平板偏转角度之间的关系。分析水流流态,将渠道运动水流分为3部分,对平板部分水流应用闸孔淹没出流公式,建立流量计算模型,得出流量与角度的半经验关系式。对流量系数计算模型中的待定系数进行估计,得到了统一形式的流量公式。U型平板测流范围为9～44L/s,经验证,计算流量与实测流量之间最大相对误差为6.9%,平均相对误差为3.2%,其中收缩比0.547、0.439平板测流相对误差均小于5%,满足灌区量水要求。同一收缩比板型,相对水头损失随着流量增大而减小,不同收缩比板型,相对水头损失随着板型收缩比增大而增大,除收缩比0.715平板在小流量(本试验大约为10L/s)测流时,相对水头损失比在10%以上,其余平板测流时相对水头损失均小于10%,其中收缩比为0.439和0.337平板最大水头损失不超过上游总水头6%。经过综合分析,选择0.547到0.439为平板最佳收缩比测流范围。研究可为灌区量水设施的改进提供依据。     

基于粒子图像测速的离心泵叶轮内流动分离测试与分析

离心泵在小流量工况下运行极易产生流动分离,严重影响泵的运行稳定性。为了揭示离心泵小流量工况下叶轮内流动分离的变化规律,对一比转数为73的离心泵小流量工况下叶轮内部流动进行了PIV测试和分析,并以流动偏移角和回流强度为参数对测试结果做了量化分析。不同工况的测试结果表明,0.6Qd工况下叶轮内开始出现流动分离,到0.2Qd工况下流动分离已发展充分;随着流量的降低分离泡向流道中部和出口方向移动发展。0.2Qd工况下不同相位的试验结果显示叶轮流道接近隔舌时会出现分离泡,经过隔舌后分离泡迅速发展,远离隔舌后分离泡逐渐消失。流动偏移角的量化分析能够准确反映出叶轮流道内分离泡的数目;回流强度的量化分析表明叶片旋转过隔舌135°后,动静干涉对流动分离的作用明显减弱。     

微纳米曝气滴灌系统中气泡传输特性及其影响因素分析

微纳米曝气滴灌系统的水、气和溶解氧传输特性不明，限制了其在农业领域的应用。该研究旨在探索微纳米气泡在滴灌管内的传输特性，为微纳米曝气滴灌系统科学运行提供理论依据。设计0.06～0.22 MPa之间的5个滴灌系统工作压力，0.60、1.50、2.40 L/min 3个进气速率，并以不曝气为对照，通过测量滴灌管首部、中部、末端滴头的水、气出流量及水中溶解氧浓度，分析三者沿滴灌管的传输特性和均匀性，以及进气速率和工作压力对其的影响规律。结果表明：1）微纳米曝气时所有处理的滴头平均出水流量达到额定流量的98.5%及以上，出水均匀度达到96%及以上，且两指标在所有曝气和不曝气处理之间的差异均未达到显著性水平（P<0.05）。2）在适中的工作压力范围内（0.10～0.18 MPa），曝气滴灌系统平均出气流量和均匀度分别在0.13～0.23 L/h、85.50%～92.41%之间，两指标分别随进气速率的提高而提高和降低；而过高或过低的工作压力（0.22 、0.06 MPa）会导致个别滴头出气流量异常高，最终提高滴灌系统平均出气流量的同时却大大降低了出气均匀度。3）微纳米曝气滴灌系统的溶解氧浓度较不曝气有明显提高，且所有处理的溶解氧均匀度均达到95%以上；溶解氧浓度沿管道传输方向呈增大趋势，随进气速率的提高呈单峰变化；在1.5 L/min进气速率组合0.14 MPa工作压力时，滴灌系统溶解氧平均值达到最高14.45 mg/L。综合考虑水、气和溶解氧传输效果，微纳米曝气滴灌最佳运行参数为1.5 L/min进气速率组合0.14 MPa工作压力，根据出气均匀度大于85%和溶解氧均值大于12 mg/L确定适宜的工作压力范围为0.10～0.18 MPa，进气速率范围1.5～2.4 L/min。该研究可为微纳米曝气滴灌系统科学运行提供理论依据。     

基于特征线法的含气输水管道水锤特性分析

输水管道发生关阀、泄漏等工况时,常处于气液两相流状态,极易造成异常压力波动,加剧了水锤的破坏性,影响管道的安全运行。为研究复杂输水管道内异常水压问题,该研究基于特征线法,建立了考虑非恒定摩阻的含气瞬变流模型,并引入离散气体空腔模型（Discrete Gas Cavity Model,DGCM）进行求解计算。对比了有无空气罐对含气瞬变流规律的作用,并研究了含气率、空气罐安装位置等因素对阀门末端压力的影响。结果表明,空气罐能大幅降低压力峰值,使管道快速达到稳定状态,无空气罐防护时压力峰值高达29.69 m,增加空气罐后压力峰值仅为8.38 m;含气率的增高、初始流量的减小、初始泄漏量的增大、空气罐离下游距离越近都可使管内压力峰值降低。研究结果可为输水工程的安全防护相关研究提供参考。     

基于传递熵的泵站管道振动传递路径特性分析

泵站管道因结构复杂,产生多种振源,且振动的传递路径难以确定,对输水管道的安全运行具有较大威胁。针对此问题,以某泵站管道为研究对象,结合原型观测数据与传递熵方法识别主振源的振动传递路径;并以信息传递率为定量标准,验证管道振动传递路径的有效性。结果表明：稳定运行及开机时,叶频引起的振动为主振源,并由弯管或三通管处向其他部位传递,其信息传递率均值分别为27.2%与42%;关机时,水流脉动及管-水耦合引起的振动为主振源,且振动主要在阀门与弯管或三通管之间呈周期性传递,信息传递率均值为51.4%;稳定运行时信息传递率较低,表明在镇墩控制下,管道稳定运行时传递能量较少,但开关机时,管道阀门、弯管及三通管处仍有较大振动能量传递。本研究方法受管道结构影响较小,能准确识别管道主振源,且从能量角度识别振动传递路径,相较于传统方法更加高效、直观。研究结果有助于准确识别泵站管道主振源的振动传递路径,展现管道各工况下的危险部位,并提出减振措施,为泵站管道运行管理提供理论依据。     

叶轮中心淹没深度对特低扬程下立式泵装置流道水力性能的影响

为提高特低扬程泵站立式轴流泵装置的水力性能,该研究对叶轮直径为3.0、2.5、2.0、1.5 m的立式轴流泵装置在不同叶轮中心淹没深度下的进、出水流道流场分别进行了三维湍流流动数值计算,并对流道流场和水头损失进行了分析比较;对某特低扬程泵站在叶轮中心淹没深度为3.08、2.38、1.68 m下的立式轴流泵装置水力性能分别进行了数值计算及比较,并进行了泵装置模型试验验证。研究结果表明：叶轮中心淹没深度对肘形进水流道的水流流态及水头损失的影响很小,但对虹吸式出水流道的流态和水头损失影响较大;随着叶轮中心淹没深度的增大,虹吸式出水流道内的流态逐渐改善,流道水头损失基本呈下降趋势,泵装置效率逐渐增大,特低扬程工况下泵装置模型试验最优工况点的效率达75.92%,泵装置能量性能数值模拟结果与模型试验结果基本一致。研究结果可为特低扬程泵站采用立式泵装置的设计提供一定参考依据。     

气吸式小浆果捡拾输送装置参数优化

为了获取气吸式小浆果捡拾输送装置的输送特性及其输送管较佳管径尺寸,该文以黑加仑果实（布劳德品种）为研究对象,运用空气动力学相关原理,计算得到黑加仑果实在输送管中适宜的风速范围为5～73 m/s;通过EDEM-FLUENT软件耦合方式对输送装置进行建模和仿真,对输送管内气体压力云图及压降进行分析,对比分析3种不同管径输送管（32、40和50 mm）的输送效率及输送过程中的破果率;进一步在自制的黑加仑捡拾输送装置上进行试验。试验结论与仿真结果均表明输送管的较佳管径为40 mm,并得出输送效率、破果率与气体流量之间的回归方程（R2均大于0.9）,论文结论可为气吸式小浆果采摘机具研发提供参考。     

黄土区原状土壤分离过程的水动力学机理研究

对土壤分离过程进行模拟是建立土壤侵蚀过程模型的基础。利用变坡实验水槽,在较大流量(0.5~2.0L/s)和坡度(8.8%~46.6%)范围内,系统研究了黄土区原状土壤分离过程的水动力学机理。研究结果表明:原状黄土的分离速率远小于扰动土的分离速率,因此,用原状土研究土壤侵蚀机理是十分必要的;土壤分离速率随着流量和坡度的增大而增大,但增大的形式稍有差异,可以用流量和坡度的幂函数准确模拟土壤分离速率(R2=0.95);用平均流速可以对土壤分离速率进行比较准确的模拟和估算;受径流输沙和土样扰动的影响,国内外扰动土样的土壤可蚀性参数与原状黄土的研究成果差异显著;在水流剪切力、单位水流功率和水流功率3个国际上流行的用于模拟土壤分离过程的水动力学参数中,水流功率与土壤分离速率间的关系最为密切,从而表明土壤侵蚀过程受水流能量大小的控制。     

黄土坡面细沟沟头溯源侵蚀的量化研究

沟头溯源侵蚀占坡面细沟侵蚀量的60%以上。该文运用立体摄影测量技术和人工模拟径流冲刷的方法,研究不同流量和坡度下沟头溯源侵蚀过程及其产沙特征,探讨沟头下切造成的地表形态变化对坡面产沙的影响。结果表明:1)坡面产沙率和沟头溯源侵蚀速率随流量和坡度的增加而增大。流量每增加1 L/min,产沙率增加0.59~5.34倍;坡度从15°增加到20°,产沙率增加14.0%~89.7%。2)当流量小于或等于2 L/min时,产沙率在试验初期增加较快,而后缓慢上升;当流量大于2 L/min时,产沙率始终保持快速上升趋势,沟头溯源长度达到100 cm所需时间较流量为1 L/min时缩短12 min以上。3)坡度对沟头溯源侵蚀速率的影响随流量的增加逐渐减弱。4)细沟长度随时间的变化受流量和坡度的影响,其值可由线性增函数表达;产沙率受沟头溯源侵蚀速率、沟头跌坎高度和沟头下方沟槽内发育的二级沟头数影响,其值可由多元非线性回归方程表示。研究结果可为沟头溯源侵蚀预报模型建立和坡面水土保持措施布设提供理论依据。     

T型三通管水力特性的数值模拟与试验研究

为研究T型三通管水流的流动特性,该文进行了试验研究和数值模拟。试验中使用压力传感器监测管道动水压强,数值模拟采用SIMPLEC的求解方法求解Navier-Stokes方程和κ-ε湍流方程。分析不同工况下水头损失的产生机理,得到了不同分流比、入口流速、管径比对水头损失系数的影响:单管通水时水头损失系数比双管通水时的水头损失系数约大1.01～1.94倍,当入口雷诺数Re相同时垂直支管的水头损失系数比水平支管的水头损失系数约大2.20～2.55倍,不同管径比对垂直支管的水头损失系数影响不明显,水平支管的水头损失系数随管径比的增大而减小。研究结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,得出的结果对工程有指导意义。     

支毛管安装射流三通的滴灌系统水力性能研究

为分析脉冲水流对滴灌系统水力性能的影响规律,该文基于射流附壁和切换原理设计了一种支管射流三通,并与毛管射流三通开展组合试验。在毛管铺设长度为60 m,4种支管三通进口水头(9.5、12、14、15.5 m)条件下,研究支毛管安装射流三通或普通三通时灌水小区的灌水均匀度、脉冲频率与水头损失变化规律,并建立描述支管射流三通出口流量和压力的拟合关系式。结果表明,当支毛管三通均采用射流三通时,支毛管中均为间歇性脉冲水流,脉冲频率随支管进口水头增加而递增;毛管滴头流量在1.2～2.2L/h之间,沿程水头损失在0.9～1.6m之间;灌水均匀性系数在95.88%～98.56%之间,流量偏差率在8.35%～15.14%之间,灌水均匀度最高。根据研究结果,确定了灌水小区中支毛管三通的最优组合方式,可为射流技术在脉冲滴灌系统的研究、开发与应用提供理论依据。