内涝过程中超载节点水流结构及水头损失分析

为探究处于内涝过程超载状态节点的水流结构及水头损失，基于室内管道节点模型进行了87组不同边界条件的三维构造模型模拟，完成了室内试验与数值模拟的对比验证；采用定性定量分析、数据相关性拟合和π理论研究了孔径比(节点直径Φ_m和管道直径Φ_p的比值)、管道坡度、承压水头对节点内水流结构和水头损失的影响。研究结果表明：节点出口处的水量交互是产生水头损失的主要原因；局部水头损失系数K随孔径比的增大而增大，随超载水深、承压水头的增大而减小；通过π理论提出K=f(Re)的求解思路是可行的；两种孔径比节点的K值对坡度变化的响应不同，管道坡度的设计需要考虑节点孔径比的影响。研究成果补充了雨洪耦合模型中的节点水流结构，可为一维管网在节点处的水头损失计算提供经验数值和参考。     

多因素耦合下深水钢管桩偏位简化计算方法

栈桥深水钢管桩属柔性、缺陷敏感结构，而目前尚无综合考虑几何初始缺陷、施工荷载和水流荷载耦合作用下桩顶偏位的简化计算方法，较难考虑深水钢管桩的非线性效应从而带来安全隐患。将水流荷载简化为倒三角分布荷载，分别采用水面以下、以上钢管桩的弹性稳定平衡微分方程，在考虑几何非线性的条件下推导出钢管桩偏位理论计算公式。在此基础上,选取不同长度钢管桩为研究对象，探究几何初始缺陷、几何非线性对钢管桩偏位的影响规律，并通过理论推导对偏位理论公式进行简化，以便于工程实际应用。分析结果表明,倒三角水流荷载简化模型在考虑几何非线性时的计算结果与不考虑几何非线性时结果相差较大,更符合柔性结构受水流荷载作用特点，为钢栈桥使用过程中考虑水流荷载影响及钢管桩桩顶侧移控制提供了方法支撑和切实可行的技术手段。     

基于自相似河网结构的中小流域蓄量消退系数计算方法

为探讨不依赖降雨径流资料的汇流参数——蓄量消退系数C_s的计算方法，选取位于不同水文气象分区的4个典型中小流域，根据DEM信息提取河网水系，构建基于Strahler分级规则的河网精简方案，改进基于自相似河网结构的蓄量微分方程，分析不同河长占比对C_s计算结果的影响。研究结果表明：改进的方法能有效降低原始河网和精简方案河网之间C_s计算结果的差异，提高C_s计算结果的稳定性；流域中河网复杂程度的增加会导致C_s计算结果的增大；河长占比通过影响河网所涵盖的信息进而影响精简方案的适用性，对于3级河网结构的中小流域，1级河网河长占总河长比例小于70%时，可采用保留至2级的河网精简方案作为替代输入。     

潜流带水流特性及氮素运移转化研究进展

为进一步探明潜流带表层沉积物对地表水体的"源汇"关系及季节性转化规律,综合阐述了当前国内外在河道和湖泊潜流带方面的研究进展,包括不同区域潜流带内水流形态及其对氮素运移转化的影响机制、潜流带内部环境变化梯度和温度分布季节性变化对潜流带好氧-厌氧区分布范围及氮素硝化反硝化过程的影响、潜流带中氮素与地表水体的交换特征及季节变化规律,并结合当前的研究动态提出了潜流带水流特性及氮素运移转换研究中存在的问题并对研究进行展望。     

外分单汊的常曲率弯道水流特征有效模拟

针对健康生态环境下的河道系统性向外分汊演化、河道-植物和谐发展现象，以实际河型资料特征统计为基础，设计了外分单汊的常曲率弯道水流特征数模试验，研究了主弯道不同弯曲比率和汊道出口不同开闭条件的影响.汊道的存在对主河道下游蜿蜒迁移趋势具有强化效应，且此效应以临界弯曲条件(曲率半径/河宽=3.0)为中心向更强弯和更缓弯发展趋势双向扩散.汊道的存在引起弯道下游横断面凹岸侧近底部“强-正涡量区”与凸岸侧近水面“弱-负涡量区”的此消彼长，两者最终相互中和、抵消.汊道出口的自由出流引起弯道下游横断面和整体近床水平面螺旋流强度的大幅减小和强弯条件下弯段上游横断面螺旋流强度的明显增大.壁面切应力在分叉口头部趋小，在局部汇流区趋大，且在汊道出口自由出流时二者均大幅增大，分叉口对应的主河道凸岸侧下游壁面和弯道最下游1/4段床面切应力均降至极低.该研究为河道系统中植物发展的和谐物理空间设计提供了基础性水信息支持.