溢流堰顶低于淤面时的淤地坝调洪方法初探

在分析淤地坝溢流堰顶低于淤面时泄水滞洪特点的基础上,探讨了具体的调洪方法。经在柳林县呼家圪台骨干坝除险加固设计中应用,下泄流量明显增大,滞洪库容明显减少,淤面以上水深明显减少,侧墙高度明显增加,除险加固后更加安全,其方法具有一定的推广价值。     

骨干淤地坝等高度及无约束分期加高的研究

以总工程费现值最小为目标函数,对等高度和无约束分期加高的优化计算方法和分析结果表明,采用分期加高较一次建成的总工程费现值可节省1/3～1/2;以等库容分期加高的优化计算较为简单,且与等高度分期加高的优化计算结果相近;无约束分期加高变量较多,需采用非线性规划方法进行优化,计算过程较复杂,其计算结果最优;在分期加高中,使各次新增库容逐渐增大,有利于降低总工程费用现值.     

牧区G303公路典型挡雪墙的防风作用

针对挡雪墙在草原牧区公路风雪流雪害防治过程中与公路之间的设置距离和设计高度存在的问题,该文以对内蒙古境内G303公路两侧2.0 m高典型公路挡雪墙为研究对象,对高2 m,宽0.5 m的浆砌石不透风式公路挡雪墙内外不同距离的防风效果进行系统研究,利用PC-2F多通道自动风速仪对挡雪墙内外的风速进行了野外实测,应用SUFER8.0、Grapher2.03软件对风速流场进行分析。结果表明：不透风式公路挡雪墙迎风侧1～5 m范围对风速的影响最大,特别是0.5 H（H表示防护长度）高度以下削减风速26.67%～45.18%,背风侧有效防护长度可达10～12 m,且旷野风速越大,对作用风速的影响越大;当不同的旷野风速作用于挡雪墙时,在0～2 m范围内0.75 h（h表示挡雪墙的试验测量高度）高度以上形成涡流,因而直接减小0.5 m高度及以下风速,有效的发挥了公路挡雪墙的作用;2 m高不透风式挡雪墙整个的防护范围可达16 m(6～10 m),且对0.5 h高度以下风速具有显著的影响作用;风速剖面线模型研究发现,迎风侧近地表0.5h、1h风速预测趋势线变化与防护长度(H)的关系为3阶多项式函数,其趋势线变化的特点是一个向上倾斜较为平缓变化的"∽"型,在1.5和2.0 h高度的预测趋势线变化为开口向上的2阶多项式函数,变化特点是相对平缓的"U"型。背风侧五组不同高度的风速预测趋势线都为3阶多项式函数,1 H及以下高度的三组风速趋势线变化从挡雪墙迎风侧到背风侧是先小后大的变化过程,而1.5 h和2.0h高度处的趋势线则为先大后小的变化过程。根据研究结果,建议草原牧区公路设置不透风式挡雪墙时,适宜位置应该在距公路上风侧10～12 m之间,该文为牧区公路设置挡雪墙防治风雪流灾害提供参考。     

衬砌式坞墙施工工艺

在岩基上建造坞室坞墙,岩石破碎带较多,岩石爆破面积大,凹凸不平,给后续坞墙施工带来困难。对坞墙施工多方案比选后,选择衬砌坞墙采用浆砌砖墙填补岩面爆破不平整部分,实际施工时,隔段分层施工,不存在各工序相互影响的情况,确保了坞墙整体施工工期。使坞墙质量、施工进度都得到了有效改善,并节约了成本。此项施工工艺类同于水土保持挡土墙,对其它同类工程有借鉴作用。     

马蹄形隧洞断面收缩水深的迭代法计算

为了得到计算马蹄形断面隧洞收缩水深的好方法,该文通过引入恰当的无量纲参数并对马蹄形隧洞收缩断面的能量方程做恰当的数学变换,使各种马蹄形断面收缩水深的计算公式统一化,并推导出计算收缩水深的迭代公式;给出判别收缩水深范围的分界流量,即可计算断面收缩水深。算例表明,该方法简单、准确、通用。     

陕北水平梯田埂坎经济安全侧坡分析

陕北水平梯田埂坎常因设计不合理或施工质量较差而坍塌。在土质和培埂质量一定的情况下,影响埂坎稳定的因素主要是地坎坡度。侧坡陡,占地少,稳定性差;侧坡缓,稳定性好,但占地较多。通过稳定分析,求出陕北砂壤土、轻粉质壤土和中粉质壤土不同坎高的经济安全地坎侧坡。     

邻水:贯彻三中全会精神强化水保项目建设

<正>"老乡,你这个土埂边坡的坡度有点陡,需要稍微筑平缓一点,不然下雨天被雨水浸透后就容易垮塌……师傅,在安砌页岩砖的时候,要保持砖体的表面平整,以便后面的侧墙搓沙施工……浇筑混凝土前,首先要将模具固定好,保证四棱六面八角方正,然后再浇筑混凝土……"2013年11月23日,笔者在邻     

U型渠道移动式流线型量水槽扩散段水力特性及结构优化方法

移动式量水槽较固定式具有不易淤积、可移动多处重复使用等优点,流线型外形的量水槽水力性能好,量水槽的扩散段对水力性能影响大,然而当前还缺乏扩散段的设计原理与方法方面的研究。为了研究量水槽结构型式对水力特性的影响,为流线型量水槽结构设计提供理论指导,该研究建立D40U型渠道模拟模型,其后用FLOW-3D对35、45和55 L/s流量下的半椭圆+半椭圆、半椭圆+抛物线、半椭圆+圆弧、半椭圆+Myring曲线和鱼形量水槽进行模拟,结合原型试验验证数值模拟效果,进而探讨扩散段设计原则与方法。最后基于isight平台对水力性能较好的半椭圆+ Myring曲线和鱼形量水槽进行结构优化。结果表明,45 L/s流量下数值模拟与试验水深相对误差为0.1%~1.3%,上游、喉口和下游断面流速相对误差分别为0.19%~6.63%、0.06%~6.15%和0.02%~6.22%,模拟结果精度高。5种量水槽上游佛汝德数均小于0.5,最大壅水高度为5.71 cm,均满足测流精度和渠道安全要求。其中,半椭圆+Myring曲线量水槽水头损失和壅水高度最低,半椭圆+半椭圆量水槽临界淹没度最高,佛汝德数最小。量水槽扩散段设计原则为：在略微减少临界淹没度的条件下,扩散段前半段设计为曲率较大的曲线,以降低上游壅水高度;后半段设计为曲率相反且曲率较小的曲线,以改善过流流态,平顺水流,降低水头损失。优化后的半椭圆+Myring曲线和鱼形前半段曲率增大,后半段曲率减小,壅水高度和佛汝德数均有所降低,水头损失分别降低5.5%和6.3%,优化后曲线线型满足扩散段设计原则。研究可为流线型量水槽结构设计与优化提供理论指导。     

淤地坝除险加固工程初步设计探讨

山西省现已确认的中型以上病险淤地坝1 020座,除险加固工程设计任务繁重而艰巨。根据设计工作实践,就病险淤地坝除险加固工程初步设计中的明渠修复、泄槽侧墙高度计算、消力池断面确定等问题进行了探讨。     

库区型弃渣场洪水影响分析及水土保持措施设计

基于弃渣场水土保持措施设计的一般原则,针对库区型弃渣场从施工到运行阶段可能遭遇的洪水类型,按照弃渣场等级、拦渣工程等级、水库导流建筑物级别等确定的设计洪水标准,采用小流域暴雨洪水推理公式、河道恒定流水面线、水库水量平衡方程等方法,计算弃渣场截(排)水沟的设计流量、设计洪水位,布设不同结构的截排水沟,不同高度的挡渣墙,不同类型和高度的边坡防护,形成有针对性的水土保持措施体系。     

侧渠底高对分水口水力特性影响数值模拟研究

目前对灌区分水口水力性能的研究多集中在主渠和侧渠底部高程相等的情况下,对于普遍存在的侧渠底部高程高于主渠时的分流特性缺乏系统研究。该文在试验基础上,利用FLOW-3D软件对侧渠不同底高、主渠来流量的矩形渠道分水口进行了数值模拟研究,将主渠各断面水深、流速的模拟值与实测值进行对比,发现流速变化与实测值变化规律基本一致,相对误差均小于10%,利用FLOW-3D对分水口进行数值计算具有合理可信性。结果表明：分水口处的水面波动受主渠来流的影响,流量越大,波动越大;高于侧渠底高的水流会对低于侧渠底高的下层水流产生影响,使下层水流具有向上的流速分量,参与分水口分流;同一主渠来流量下,随侧渠底高的增加,侧渠进口断面最大流速和水深逐渐减小;侧渠进口断面靠近上游端的区域湍动较大,而在下游端靠近底部湍动能值较小。研究为灌区配水及水量控制提供了参考依据。     

平底悬链线形明渠水力最优断面求解

断面设计是渠道设计的重要内容之一,适宜的渠道断面不仅能够增加过流能力,提高输水效率,减小输水损失,还能降低建造成本。该文提出了一种具有平底和悬链线形侧边的明渠断面。这种断面将平底和悬链线侧边平滑连接,既具有平底断面建造容易、灵活,管护方便,底部容易压实,侧边和平底可以用不同材料建造(以降低成本)等优点,也具有悬链线形断面过流能力大、无应力集中拐角、不宜渗漏、防冻胀能力强,耐久性好等优点,可广泛应用于大、中、小型渠道及寒区,具有良好的实用价值。推导了过流面积、湿周、水面宽度等水力断面特性计算公式。提出了一个更简单的正常水深的迭代算法。基于拉格朗日乘子法,推导出了平底悬链线形明渠的水力最优断面,结果表明其水力最优断面的底宽与水深比、水面宽与水深比、底宽与形状系数比、水面宽度与形状系数比、形状系数与水深比均为常数:宽深比等于0.405,形状系数与水深比等于0.474,水面宽与水深的比值为2.112,底宽与形状系数的比值为0.855。与现有平底断面(梯形、平底抛物线形、平底半立方抛物线形)进行了比较,结果表明,在过流面积或湿周一定的情况下,平底悬链线形断面的过流能力最大,相反,在流量一定的情况下,平底悬链线形断面的过流面积、湿周、水面宽度是最小的。与传统的悬链线形渠道进行了比较,增加平底后,在同等条件下,平底悬链线形渠道水力最优断面的过流能力不仅没有降低,反而增加了,意味着其经济性也优于传统的悬链线断面。研究为平底悬链线形渠道设计提供理论支撑。     

梯形喉口无喉道量水槽设计及其水力性能模拟与试验

为了解决灌区普遍存在的通过增大水头损失来提高测流精度的问题,该文提出了一种具有梯形喉口的无喉道量水槽,并给出了量水槽参数与渠道尺寸的比例关系。该文在原型试验基础上,通过Flow-3D软件对过槽水流进行了数值模拟,分析了测流过程中水流流态、纵向时均流速分布、水头损失、湍动耗散沿程变化以及测流精度。研究结果表明:纵向时均流速分布和水流流态的模拟值与实测值最大相对误差均不超过10%,其模拟结果与实测结果较为吻和;基于临界流原理和能量守恒推出的水位流量关系式,进一步回归分析得到测流公式,其计算值与实测值最大相对误差为9.21%,满足量水精度要求;水头损失随着流量增大而增大,当流量大于45 L/s时,增大趋势明显变缓;最大水头损失不超过上游总水头10%,相比长喉道、巴歇尔、抛物线形量水槽水头损失较小。该研究可为灌区渠道量水设施设计提供参考。     

二分之五次方抛物线形明渠设计及提高水力特性效果

为提高抛物线形断面的水力特性,增加输水能力,该文提出了一种二分之五次(以下简称2.5次)方抛物线形渠道断面,推导其水力断面特性。将湿周用高斯超几何函数表示后,将水力最优断面的最优化模型转换为关于宽深比的一元方程,得到2.5次方抛物线形渠道水力最优断面的解析解,其最优宽深比为2.088 3。比较结果表明,2.5次方抛物线形断面较常规抛物线形断面具有更好的水力学特性。与平方、半立方抛物线形断面比较,在相同水深条件下,2.5次方抛物线形水力最优断面的过流能力更大。相反,在相同流量下,2.5次方抛物线形水力最优断面的过流面积、湿周、水深更小。2.5次方抛物线形水力最优断面的建造成本与其他2种断面相比是最小的。进一步地,为便于工程应用,基于高斯勒让德算法,提出2.5次方抛物线形断面的三点和四点格式近似湿周算法。结果表明,四点格式近似算法具有较高精度。研究可为明渠设计提供理论依据。     

双向对冲流滴灌灌水器水力性能与消能效果

双向对冲流滴灌灌水器是1种可形成急转流、正反双向流、以及对冲混掺流等加大能量耗散效果的新型灌水器。为研究灌水器的水力性能以及流道几何参数对水力特性的影响,取灌水器几何参数作为因素,采用正交设计安排25组试验方案,开展水力性能测试,计算流道的局部损失系数,同时对正交试验结果进行直观和方差分析,建立几何参数与流态指数的回归模型。结果表明,灌水器流态指数为0.432～0.464,其水力性能良好。单元流道的局部损失系数为6.698～19.130,显示优越的消能效果。挡水件与分水件最大过水通道宽度对流态指数的影响最大。建立的几何参数与流态指数之间的回归模型R2=0.94,且验证表明其估算值与试验值相对误差小于5%,可可靠地估算流态指数。研究可为双向对冲流滴灌灌水器水力性能预研和评估、结构优化提供参考。     

坎儿井隧洞井壁剥落破坏原因与防渗加固

暗渠隧洞剥落坍塌破坏是坎儿井消亡的主要原因之一。该文选取典型坎儿井,通过现场实测调研、室内试验研究了坎儿井井壁的水份分布特征、来源以及土性参数;基于滤纸法获取的增湿土-水特征曲线,进行了坎儿井非饱和稳态渗流有限元分析。研究表明:冬季坎儿井井壁水分来源主要是毛细水,0.6 m以下为暗渠毛细水强烈影响区,井壁土为冻胀性土;井壁严重剥落高度(1.0~1.5 m)与起始冻胀含水率高度(1.1 m)基本一致,冻融循环后低围压下有效粘聚力降低显著,可明确冻融是井壁剥落破坏的主要原因;基于防渗止水的井壁抗冻胀思路,提出了在隧洞纵深负温范围内进行局部防渗衬砌的工程加固措施,该措施具有井壁抗冻胀、施工维护简单、不破坏坎儿井这一历史文物原貌等优点,具有一定的理论和技术推广价值。     

变水位静水法在渠道水利用系数计算中的应用

静水法是测验渠道渗漏水平、计算渠道水利用系数的试验方法之一,其测验精度高于动水法。尤其对于衬砌渠道,其测验精度更能得到体现。而变水位静水法是分析变动流量渠道水利用系数的适用方法。该文以水量平衡为依据,分析了渠道水利用系数的计算过程,以及当渠道水深变化时渠道水利用系数计算中相关因素的变化规律,并将渠道水利用系数计算过程概化为6步。以石津灌区四干三分干南四支混凝土衬砌渠道0+054~0+475渠段的变水位静水法和流量观测为实据,展示了衬砌渠道水利用系数的计算过程,计算水深介于0.56~0.99 m之间,渠道水利用系数为0.988~0.991之间。实例分析结果表明:随着渠道水深的增加,虽流量和渗漏强度均增加,但渠道水利用系数随水深呈增加趋势,该实例在水深大于0.7 m时,渠道水利用系数变化趋势渐趋平缓。可见,当渠道流量不稳定时,渠道水利用系数宜采用变水位静水法结合流量进行计算。     

旋流式鱼道的构建与水力特性分析

为增强过鱼设施的蜿蜒性和自然性,该文提出了一种采用曲线型边壁和导流坎的旋流式鱼道结构。首先通过模型试验得到了鱼道在不同工况下鱼道内两侧边壁水流的沿壁沿程水深以及水流流态,观察了过鱼效果,验证了数值计算的准确性,通过数值计算进一步分析了旋流式鱼道的表面流速、近底流速及关键横断面流速分布。结果表明:鱼道内形成的旋流蜿蜒曲折,流态丰富。过鱼通道内主流区流速均不大于0.84 m/s,满足过鱼要求,过鱼对象可以在该鱼道内顺利上溯,主流两侧的缓流或回流区可为鱼类休息之用,说明了鱼道体型的合理性。该文提出的鱼道丰富了鱼道的形式,对今后类似鱼道的设计和建设具有一定的指导意义。     

不同类型灌水器在硬水滴灌条件下的堵塞特征

为确定硬水滴灌条件下影响灌水器堵塞的主要特征参数,研究6种灌水器在硬水滴灌条件下的平均相对流量和堵塞率的变化规律,通过有序回归方法分析影响灌水器堵塞的特征参数,灌水结束后解剖并观察灌水器内的堵塞情况。结果表明:硬水滴灌条件下6种灌水器的平均相对流量均发生了不同程度的下降,其中灌水器E1和E6因具有较大的过流截面尺寸而表现出了较好的抗堵塞性能;SPSS回归分析显示,显著影响灌水器的抗堵塞性能(P0.01)的特征参数为灌水器内过流截面宽W和深H中的最小者min(W,H),且灌水器发生堵塞所需要的时间与min(W,H)成正相关关系;解剖灌水器发现,堵塞主要发生在灌水器内具有min(W,H)的截面处。建议硬水滴灌时选择内部过流截面尺寸较大的灌水器,且灌水器内部应避免易引发固体颗粒沉积附着的截面形状和过流结构。