黄土坡面薄层流侵蚀过程试验研究

研究黄土坡面薄层流侵蚀过程对于深化黄土坡面土壤侵蚀过程有重要意义.采用人工模拟降雨试 验方法,对黄土坡面薄层流侵蚀过程进行了研究.(1)不同雨强条件下,薄层流侵蚀随降雨过程的变化相似,都随降雨历时的增长呈递增趋势,可用幂函数方程进行描述;(2)不同坡度条件下,薄层流侵蚀模数皆随雨强的增大而增大,可用线性相关方程进行描述;(3)不同雨强条件下,薄层流侵蚀模数随坡度的增加总体呈先增大后减小的趋势,侵蚀模数随坡度变化的关系可以用对数线性相关方程进行描述;(4)不同雨强条件下,薄层流侵蚀随坡长的增加可用对数线性方程进行描述;(5)不同雨强、坡度、坡长条件下,坡面薄层流侵蚀变化可用三元线性经验方程表述.其中降雨强度对侵蚀的影响最大,其次是坡度,坡长对其的影响最小.     

马蹄形过水断面临界水深的直接计算法

马蹄形过水断面是无压隧洞较常采用的断面形式之一,水力计算中临界水深的求解无显函数公式,传统的试算法或查图法不仅计算过程繁琐复杂,而且计算精度不高。该文通过对马蹄形断面临界流方程的数学变换,并对本文引入的无量纲参数与相对临界水深的关系分析及数值计算,应用逐步优化拟合原理,得到标准Ⅰ、Ⅱ型马蹄形断面临界水深的直接计算式。实例计算及误差分析表明：在工程实用范围内该公式最大相对误差仅为0.8%,且该式物理概念清晰明确、公式形式简捷,为工程设计及水工设计手册的编制提供有益的参考。     

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。     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的Myring流线型量水槽体型优化设计

Myring流线型在水下航行器领域应用较为广泛,而量水槽在渠道中的受阻状态与潜水器潜行时受到的阻力情况具有一定的相似之处,因此本文借鉴潜水器的结构特点进行量水槽体型设计,探究量水槽受阻最小的较优线型。基于FLOW-3D软件,采用最优拉丁超立方设计方法,以流线型的收缩段长度和锐度因子、扩散段长度和离去角为变量设计了40组数值模拟方案,得到对应的水头损失百分比和上游佛汝德数。以数值模拟变量为输入、结果为输出,训练RBF神经网络,结合NSGA-Ⅱ遗传算法获得Patero前沿解,通过TOPSIS评价法筛选出最优解并得出其线形参数：优化模型收缩段长度为45.9cm、收缩段锐度因子为0.74、扩散段长度为49.2cm、扩散段离去角为14.63°,并通过等比例缩放得到6组收缩比,在9组流量下进行模型试验分析水力性能。结果表明,优化后线型过流较顺畅,水力性能较优,预测结果和模拟结果误差不超过5%;不同工况下上游佛汝德数均小于0.5,满足测流规范要求,收缩比为0.58~0.66时各项水力性能均较优;基于临界流测流和量纲分析原理得到的测流公式精度较高,平均相对误差为2.09%。本研究证明了将流线型运用于量水槽领域研究以及通过神经网络和遗传算法寻优的可行性,优化后Myring流线型量水槽具有良好的性能和测流精度,在灌区渠道中具有较好的运用前景。     

考虑龙羊峡水库回水影响的羊曲水电站尾水疏挖研究

【目的】在考虑下游龙羊峡水库回水影响条件下,研究河床疏挖前后拟建的羊曲水电站中坝址厂房尾水特征断面的水位-流量关系,寻求提高有效发电水头的方法。【方法】采用预测-校正求解方法,应用一维河床冲淤变形计算模型,在不考虑龙羊峡水库回水时,对尾水河道2个开挖方案进行数值分析,分别考虑疏挖比降为0.0005,0.001,0.0015,疏挖宽度为50,80,140m时的疏挖效果。通过多方案比较,确定推荐方案后,在考虑下游龙羊峡水库不同回水影响时,采用推荐尾水疏挖方案,研究龙羊峡水库回水影响下的羊曲水电站尾水疏挖效果。【结果】从疏挖工程量和电站尾水断面所获得的水头综合考虑,推荐疏挖比降为0.0005,疏挖宽度为50m的开挖方案,该方案在平均流量625m3/s时,电站厂房尾水位比河道开挖前降低了5.15m。经多条水位-流量关系曲线套绘分析发现,龙羊峡水库坝前水位超过2596m时,河道疏挖后羊曲水电站尾水位没有降低;龙羊峡水位低于2596m时,平均流量625m3/s下,河道开挖后仍能获得不同程度的发电水头。【结论】羊曲水电站尾水河段具备河道疏挖疏浚的客观条件,在考虑龙羊峡水库回水影响下,推荐疏挖方案当河道平均流量625m3/s时,在不同的回水高程条件下,羊曲水电站尾水水位降幅为0.48～4.47m,所得计算结果可供水能规划部门参考应用。     

坡面薄层水流水动力学特性试验

坡面流水动学特性对阐明土壤侵蚀和坡面产沙机理均有重要意义,采用坡面定床阻力试验,定量研究了6种不同粗糙度床面、5种不同坡度下坡面薄层水流水力要素关系及阻力的变化特征,以期揭示坡面薄层水流阻力的内在规律性。结果表明,坡面薄层水流流态指数随坡度呈现出的先减小后增加的变化趋势,当试验坡度小于0.15 rad时,流态指数随坡度的增加而逐渐减小,当坡度大于0.15 rad时,出现相反的变化趋势。流态指数随床面粗糙度呈抛物线变化趋势,其均值为0.376,总体上坡面薄层水流属于滚波流区和过渡流区的范畴;水流弗劳德数与单宽流量和试验坡度均成幂函数关系,临界流对应的单宽流量随粗糙度的增加而增大,随坡度的增加而减小,水流流型处于临界流和急流型态;阻力系数与单宽流量呈幂函数关系,而与雷诺数成反比关系,关于增阻的原因主要与绕流产生压差阻力和坡面滚波流引起的局部阻力有关,并根据薄层水流阻力特征,提出了滚波流区阻力计算公式。研究成果可为坡面土壤侵蚀预报模型构建提供理论依据,从而促进明渠水流理论向坡面水流方面扩展。     

温室苦瓜耗水规律及作物系数研究

对耗水规律的研究是优化设施蔬菜灌溉制度、充分挖掘蔬菜种植节水潜力的基础。本研究通过温室小区软管浇灌试验结合气象数据并利用数理分析方法研究温室苦瓜耗水规律。结果表明:苦瓜全生育期耗水量为310.49mm,平均日耗水强度为2.33mm;苗期、花期、幼果期和采收期的平均日耗水强度分别为0.68、2.39、3.63和2.25mm;苦瓜作物系数与耗水模数均呈现先增加后减小的趋势,作物系数在苗期、花期、幼果期和采收期分别为0.54、1.53、2.90和2.64,相应阶段的耗水模数分别为6.54%、19.23%、46.74%和27.49%。结合各生育期耗水量、耗水强度、耗水模数,各生育期耗水强度由大到小排序依次为幼果期花期采收期苗期,幼果期为苦瓜需水关键期,在灌溉管理中应首先保证幼果期灌水。本研究初步揭示了设施环境下苦瓜耗水规律,为其灌溉制度的科学制定提供了理论依据。     

U形渠道机翼形量水槽试验研究

主要介绍了机翼形量水槽的构造、测流原理。通过在U形渠道上的试验研究得出该槽的流量公式、流量水头关系、测流误差。试验结果表明机翼形量水槽测流精确且投资较小,适合灌区量水的要求。     

斑块状植被覆盖下坡面流水动力学特性

为阐明斑块状植被随机覆盖下坡面流水动力学特性,通过5个覆盖度、6个坡度和7个流量组合条件下的室内放水冲刷试验,系统研究了斑块状植被覆盖下坡面流的流型流态及阻力机制。研究结果表明:1)该试验工况下,坡面水流位于虚拟层流区和过渡流区,水流流态发育受覆盖度和坡度相互制约。2)在虚拟层流区,综合阻力系数与雷诺数呈负相关,而在过渡流区,二者关系在临界覆盖度处发生转捩,随覆盖度的增加,二者关系逐步由负相关变为正相关。3)综合阻力系数与覆盖度呈幂指函数相关,而随淹没度变化趋势则受制于覆盖度。低于临界覆盖度时,二者整体上为负相关;高于临界覆盖度时,综合阻力系数随着淹没度增大先减后增。此外,基于水流阻力等效原则,综合考虑水力坡度、覆盖度、雷诺数、淹没度的影响,建立了坡面流阻力计算模型。     

黄土坡面片流产流过程模拟研究

采用模拟降雨试验方法对黄土坡面片流产流过程进行了试验研究,试验雨强分别为1.00、1.33、1.67、2.00、2.33 mm min-1,坡度分别为9°、12°、15°、18°、21°.结果表明:1)不同雨强及不同坡度条件下,坡面片流径流率随降雨历时的变化均呈先增大后趋于稳定的趋势,不同雨强下较不同坡度下趋于稳定的时间早5 min左右,变化过程皆可用对数方程y=aLn(x) +b描述;2)坡面片流径流深随雨强及坡度的变化皆可用幂函数方程H=aIb和H=aSb描述;3)坡面片流径流深对坡度和雨强的综合响应可用二元幂函数方程H=3.83I1.01 S0.490描述,且雨强的影响大于坡度;4)黄土坡面片流产流的片蚀效应显著,不同雨强及不同坡度条件下片流产流的片蚀效应分别表现为幂函数方程M=0.0378 H1.21及线性方程M=0.235H-3.48.