砒砂岩坡面薄层水流水力冲刷特性试验研究

试验利用室内变坡度水槽,选取5种(5°,10°,15°,25°,35°)坡度和5种(280,420,550,650,900 L/h)流量进行25组叠加组合模拟室内薄层水流冲刷试验.结果表明:坡度一定时,冲蚀率随流量递增,增长幅度受坡度影响,在15°～35°存在着临界坡度值;无降雨条件下小于临界坡度时,冲蚀率与能坡之间满足多项式关系;冲蚀过程中坡面薄层水流流态属于层流中的急流,冲蚀细沟的产生与水流弗罗德数和雷诺数有关;小于10°时,水流剪切应力和水流功率不受流量的影响,小于420 L/h时,坡度的影响也并不是特别明显,坡度对流速的影响大于流量的影响,这导致了坡度对单位水流功率的影响更大;单宽流量与能坡对冲蚀率的影响较大,并建立了冲蚀率的拟合模型,此模型可以满足砒砂岩大角度的冲刷.     

降雨和坡度对坡面水流阻力规律影响研究

为探明降雨条件下坡面薄层水流阻力特性,分析雨强对坡面流阻力的综合作用,以流体力学和水力学基本理论为依据,通过5个坡度和8个流量、4个雨强组合条件下的模拟降雨试验,系统研究了降雨条件下坡面薄层水流阻力规律。结果表明:相同雨强条件下,阻力系数随着坡度的增加呈现先增加后减小的趋势,随着流量、水深的增大而逐渐减小,最终稳定在0.025左右;相同坡度下,坡面薄层水流的阻力系数随着降雨强度、放水流量的增大而减小;降雨强度在一定程度上影响阻力系数与弗汝德数幂函数关系的离散性。在本试验条件下,薄层水流都处于"层流"和"过渡流"的流区,并且随着坡度的增大,薄层水流向"层流"转捩。在考虑雨强的情况下,给出了计入雨强影响的裸坡条件下坡面流阻力的计算公式。     

模拟草被覆盖下坡面水流阻力特性试验研究

探究植被覆盖下的坡面流阻力特性对土壤侵蚀模型的建立有着重要意义。通过3个坡度、7个流量和10个草被覆盖度下的定床冲刷实验,系统分析坡面薄层水流的流型流态与阻力特性。实验结果表明,坡面水流流态受到草被覆盖度与坡度的综合影响,主要分布在层流区及过渡流区。通过等效粗糙度和坡面水流流动阻力规律,推导出等效阻力系数fe的计算公式,公式表明草被覆盖度是影响水流阻力的重要因素,fe值随覆盖度增加而整体增大,实验结果显示当覆盖度在0%～37.68%的范围内时,等效阻力系数始终小于1.5;而当覆盖度在56.52%～94.2%的范围内时,fe由0.697～3.042增长至2.440～14.393。淹没度及雷诺数对等效阻力系数的影响与覆盖度密切相关,覆盖度低于18.84%时,等效阻力系数随淹没度与雷诺数的增加而呈减小趋势;而当覆盖度高于65.94%时,等效阻力系数随淹没度与雷诺数的增加而以较大的速率上升。研究结果以期为水土流失综合治理提供理论支撑。     

薄层水流水力特性试验研究

对粘砂床面的薄层水流进行定床试验,研究了不同流量、坡度下薄层水流的水力学参数(流态、水深、流速及阻力系数)随坡度和流量的变化规律。结果表明:水流雷诺数Re随着坡度和流量的增大而增大,但Re主要是由流量决定的,坡度对Re的影响不大,水流流态基本上在过渡流区和紊流区;平均水深-单宽流量,流速-单宽流量,水流阻力系数-单宽流量均成很好的幂函数形式,平均水深和流速均随单宽流量的增大而增大,阻力系数随着单宽流量的增大而减小。     

逆坡倾角对管道水流粗颗粒输送脉动压强影响试验研究

管道输送时水流压强的脉动特性反映了管流紊动程度与紊动能量,对管道输送安全及稳定运行影响显著。本研究以管道清水粗颗粒输送为研究背景,通过自行设计的物理模型试验装置,模拟了不同管道逆坡倾角条件下粗颗粒泥沙的水力输送过程,分析了不同逆坡倾角条件下管壁瞬时压强、时均压强、脉动压强振幅分布和频谱特性。试验结果表明,当管道逆坡倾角增大时,脉动压强的时均压强和瞬时峰值压强随倾斜角度的增大而减小;脉动峰值压强总趋势随倾斜角度的增大而增大;脉动压强的振幅分布符合高斯分布,随倾斜角度的增加,脉动压强的振幅逐渐增加。其概率密度函数形态从“高瘦”逐渐向“矮胖”发展;脉动压强的功率谱谱函数的优势频率主要集中在25 Hz的主频范围,随管道的倾斜角度增加,脉动压强的优势频率逐渐向较大频率的发展,总体变化较小。     

波涌灌溉的水流推进规律研究

根据大田波涌灌与连续灌的试验实测资料,分析讨论了二者在灌水方向上的水流推进的时间分布特征,结论为第一周期的水流推进过程和连续灌基本相同,且波涌灌在各周期的平均水流推进速度均大于连续灌,认为最佳灌溉方式是合适的停水时间和合适的灌水总时间相结合,还对水流推进过程进行了分段拟合,相关系数均令人满意。     

砾石覆盖对海涂围垦区粉砂土坡面土壤可蚀性影响试验研究

通过人工模拟降雨试验,选取2种坡度(15°,30°),2种降雨强度(92,119 mm/h)和6种砾石覆盖度(0,10%,20%,40%,60%,80%),探究砾石覆盖对海涂围垦区粉砂土坡面侵蚀及土壤可蚀性的影响.结果表明:随累积降雨量增加,土壤可蚀性参数先增大后减小,并趋于稳定.坡度对土壤可蚀性影响显著,坡度越陡,坡面土壤可蚀性越大.砾石覆盖度与土壤可蚀性参数并非呈单调关系.坡度较陡且低覆盖度时,砾石覆盖增加坡面侵蚀;而当高覆盖度时,砾石覆盖可降低坡面径流速率,增加入渗率,减小土壤侵蚀率.适当盖度砾石覆盖能够改变边坡表面粗糙程度,降低坡面土壤可蚀性.砾石覆盖坡面径流雷诺数与土壤可蚀性参数呈显著线性负相关关系.通过径流雷诺数与土壤可蚀性参数线性关系定量分析能够较好反映坡面高钠盐土颗粒输移水动力学过程,对于构建盐碱土边坡泥沙输移预测模型具有重要意义.     

动水中浑液面升降规律试验研究

本试验在同一“装置”结构中,不同进流含沙浓度下,通过改变进流流量的大小,对“装置”中的浑液面升、降进行调控。根据“装置”内泥沙浓度分布的不同,将其分为四个区：清水区、低于进流含沙浓度的非拥挤沉降区、拥挤沉降区、压缩沉降区;并且分析了浑液面的升降与进流流量之间的关系,得出浑液面的升降规律。根据浑液面升降过程的调控,可求出“装置”在某一进流含沙浓度下的清水出水量,其研究结果可以为弄清“装置”水沙分离的物理机理提供理论依据。     

污水的土地处理中污染物迁移转化规律的试验研究

污水的土地处理是一种污水处理的生物工程技术,其原理是通过农田、林地和苇地等土壤植物的生物、物理、化学等固定与降解作用,对污水中的污染物实现净化并对污水中氮、磷等资源加以利用。污水土地处理技术应用于农田灌溉可有效减小污水对农田的污染。研究设计了一套垂直土柱用以模拟贾鲁河污水进入土壤后发生的污染物迁移转化过程,从而找出污水中有机污染物、氮、磷和重金属等污染物进入土壤后的迁移转化规律。     

河岸渗滤系统净化再生水效果试验研究

以北京市清河再生水厂出水为研究对象,构建100 cm土柱模拟河岸渗滤系统,研究长周期供水条件下,持续淹水与交替淹水落干2种补水方式下渗滤系统对再生水中有机物和总氮(TN)的净化效果及系统稳定性。通过3年的试验研究发现,持续淹水与交替淹水落干补水方式下,渗滤系统对再生水中有机物的平均去除率分别为40.5%和50.8%,交替淹水落干补水方式对有机物去除效果略优于持续淹水的情况。有机物的去除主要发生在溶解氧浓度较高、微生物数量最多的上部0~40 cm土层范围内。2种补水条件下渗滤系统对有机物的去除率在年际间变化不大,系统净化性能稳定。2种补水方式下渗滤系统对TN的平均去除率分别为31.2%和80.7%,交替淹水落干补水方式对TN的去除效果明显优于持续淹水的情况。2种补水条件下渗滤系统对TN的去除率逐年增大,系统净化性能随时间呈增强趋势。试验期间,水温在15~31℃范围内变化时,2种渗滤系统对TN的去除率随温度的增大呈指数或对数趋势增加,当温度在30℃以上时,交替淹水落干补水方式下系统对TN的去除率最高可达90%以上。再生水经过河岸渗滤系统后,总氮和有机物能够得到有效的去除,再生水回补河湖对地下水污染的风险大幅降低。     

侵蚀性坡面流流态的试验研究

通过定床阻力试验,从水力学原理出发,对3种不同坡度(坡度分别为:5°、10°、15°)有机玻璃床面和人工粗糙床面(床面粘贴砂粒粒径分别为:0.5～1、1～2、2～5、5～10mm)的侵蚀性坡面流试验数据进行分析,研究了侵蚀性坡面流流态,得出了侵蚀性坡面流存在"虚拟层流"、过渡流和紊流3种流态形式,通过试验分析了"虚拟层流"具有悬移输沙能力的原因。     

颗粒粒度均匀性分布规律的试验研

挟沙水流中的泥沙颗粒运动是随机的，所以在水流中的某一位置的泥沙组成有粗有细，同时不同位置粗细颗粒的均匀程度是不一样的。通过水槽试验研究了不同泥沙浓度及水流条件对泥沙颗粒均匀性沿垂向分布规律的影响，试验表明：在泥沙浓度或者水流条件较小的情况下，非均匀系数沿垂向分布是逐渐增大的，即越接近床面，颗粒越均匀，非均匀系数越接近1.0，然而在浓度较高和水流条件同时作用的情况下，在床面附近出现了非均匀系数最小值.     

洋葱薄层脱水工艺研究

研究了洋葱的干燥过程,考察了预处理时间、预处理温度、干燥温度、风量、装载量和形状等不同因素对干燥过程的影响.结果表明,提高干燥温度与风量对强化干燥有利.较好的干燥条件是: 洋葱丁在90℃热水中烫漂5min,干燥风温为60℃,风量为0.0319 m3/s.对实验数据进行拟合,干燥方程符合Page模型.计算了其中一个条件下物料的临界含水量, 结果与实验数据相当吻合.     

质热平衡原理预测萝卜丝薄层干燥与试验研究

利用干燥中质、热平衡原理对两种干燥条件下的萝卜丝薄层干燥过程进行预测,建立了预测模型,并作了实验验证。结果表明:预测结果与实验结果十分接近,预测结果还表明物料在干燥中干燥速率先变大,然后变小,最后物料接近平衡水分,符合干燥规律,因而用该预测模型预测萝卜丝薄层干燥过程是可行的。     

基于立体摄影技术的细沟与细沟水流参数测量

细沟和细沟水流参数的准确测量可为深化坡面土壤侵蚀过程研究提供重要理论依据。基于立体摄影测量技术,以坡度为15°和20°的黄土坡面为研究对象,采用人工模拟径流冲刷的方法,对比不同时刻坡面的高精度数字高程模型DEM,提出了动床条件下坡面细沟宽度、深度以及细沟水流宽度、深度的测量和计算方法,分析了2个坡度处理下坡面细沟形态、细沟水流特征及其变化规律,探讨了立体摄影测量技术与其他测量技术在细沟形态及径流特征参数测量方面的异同。结果表明:经过比例尺的校正,可以在垂直拍摄的立体摄影照片上直接准确测量细沟宽度和细沟水流宽度;运用内插法,立体摄影测量技术能较准确地测量细沟深度和细沟水流深度的实时动态变化。随坡长的增加,细沟深度逐渐增大,而细沟水流深度则无明显变化趋势;细沟宽度随坡长的增加呈先增大后减小的变化趋势,而细沟水流宽度逐渐减小;20°坡度下细沟宽度和深度的增加速率分别是15°坡度下的1.7倍和1.3倍;同20°坡度相比,15°坡度条件下的细沟水流的宽度增加了1.7%~13.1%,而2个试验坡度下的细沟水流深度无明显差异。     

柔性植被与刚性植被覆盖下坡面流阻力特性研究

主要讨论植被覆盖下的坡面流水力学特征,特别是阻力特征,并比较柔性植被和刚性植被对阻力影响的不同之处,系统地研究了坡面流阻力系数与单宽流量、雷诺数、覆盖度、坡度的关系。研究结果表明:柔性植被覆盖下的坡面流阻力系数随单宽流量变化不显著,但随着坡度的增大,阻力系数是减小的,大坡度小覆盖度下的坡面流阻力系数和雷诺数呈现负相关关系,同时植被覆盖度越大坡面流阻力系数也越大。而刚性植被覆盖下的坡面流阻力系数和坡面单宽流量呈现良好的正向幂函数关系,同雷诺数、植被覆盖度也都有明显的正比关系,同坡度的变化关系和柔性植被覆盖相似,并且刚性植被覆盖下的阻力系数在同等其他条件下明显大于柔性植被覆盖下的阻力系数。     

黄土坡面细沟流土壤侵蚀机理研究

细沟侵蚀是黄土坡面最主要的侵蚀方式之一,土壤剥离过程是细沟侵蚀中的重要环节。采用6种坡度(2°、4°、6°、8°、10°、12°)、5种流量(8、16、24、32、40 L/min)组合冲刷试验,系统研究了黄土坡面细沟流土壤剥蚀率与水动力学和床面形态的耦合关系。结果表明:土壤剥蚀率与流量、坡度均呈幂函数增加关系,且坡度对土壤剥蚀率的影响更大;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲流速之间存在分区现象,表明土壤侵蚀受到除泥沙粒径外其他因素的影响;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲切应力双对数函数呈线性增加关系,且不存在分区;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲单位水流功率存在分区;土壤剥蚀率随跌坑发育系数的增加呈幂函数增加趋势,而土壤剥蚀率随L/H增加呈幂函数减小趋势,说明床面形态越加复杂、跌坑发育越加成熟,土壤侵蚀就越剧烈。研究结果对细沟水流侵蚀机理的探究具有一定的理论价值,对黄土坡面水土流失治理及生态修复均具有一定的指导意义。