明渠非恒定流及输沙试验系统

为研究明渠非恒定流运动特性和输沙机理,建立了长20m,宽29.5cm,高40cm的水槽非恒定流实验系统。该系统包括变坡水槽、供水控制、水位和流速量测、推移质循环及测量5个部分。通过计算机控制生成设定的非恒定流过程;沿水槽架设的6个压力传感器监控沿水槽的水位变化;采用二维激光流速仪测量垂线流速分布。初步试验结果表明:该系统可以生成稳定可重复的非恒定流过程,得到包括水深、流量、流速及输沙率变化的大量非恒定流试验数据,为洪水波的运动特性及输沙特性研究奠定了基础。     

控制和减小丁坝下游回流影响的实验

流动边界出现凸出障碍物会引起边界层分离,导致回流发展、流态恶化、泥沙淤积等一系列问题。作者在50cm宽的水槽中进行了系列实验,用丁坝模拟凸出障碍物,采用"吸、喷"水方法。这样可以改变障碍物周围的水流流态,缩小其尾流回流范围,大幅度减少回流淤积,效果十分明显。根据大量实验数据得出了"吸、喷"流量大小与回流尺度减小和回流淤积减少的关系式。研究结果有重要的学术意义和很大的实用价值。     

排污流速比对河流水体中悬浮物沉降和底泥再悬浮的影响

采用数值模拟和水槽试验相结合的方法,研究河道排污口不同排污流速比(R分别为4.5、7.2和9.9)对悬浮物在排污口下游区域沉降和底泥再悬浮的影响。结果表明:随着流速比的增加,紊动越剧烈,污染云团扩散范围越大,沉降和悬浮作用也越明显。不同流速比情况下,通过底部水平面的沉降通量变化趋势基本一致,即先增加、后稳定,通量总量随着流速比增大而增加;由于临界起动流速(对应于R=5.8)的存在导致低流速比(R=4.5)情况下再悬浮通量增长缓慢,而中流速比(R=7.2)和高流速比(R=9.9)情况下再悬浮通量增长迅速。由此可见,排污流速对排污口下游区域悬浮物的沉降和底泥再悬浮具有重要的影响。     

珊瑚礁地形上胸墙波浪力大水槽试验

基于大比尺波浪水槽试验,开展了珊瑚礁地形上的波浪与斜坡堤相互作用试验。在不同水深和波浪条件下测量斜坡堤胸墙的水平力和浮托力,并与规范值进行对比。试验结果表明:胸墙的波浪力受波浪破碎后的堤前壅水、破碎波高和水流冲击的共同影响;胸墙水平力呈矩形分布,浮托力呈三角形分布;由于波浪在珊瑚岛礁上传播过程中的能量耗散,平均水平力和前趾浮托力试验结果均小于采用深水波要素计算的规范值,所提出的基于胸墙距礁缘的相对距离和礁盘上相对水深的波浪力修正系数,修正后的公式计算结果与试验值吻合较好。     

Remobilization of heavy metals during the resuspension of Liangshui River sediments using an annular flume

The release and transport of heavy metals(Ni,Cr,Cu and Pb) from Liangshui River sediments into the overlying water column during the resuspension event were determined using an annular flume with a velocity ranging from 0.15 to 0.35 m/s.It is shown that the suspended particulate matters(SPM) increased as much as nearly 25 times from 165 to 4220 mg/L as the velocity increased.Heavy metals showed an increase in dissolved phase as the velocity increased due to their desorption from the SPM.Acid-soluble heavy metals increased as the velocity increased,indicating that part of the heavy metals transformed from stable phase to labile phase during resuspension.Heavy metal concentrations in the SPM on volume normalization increased by approximately 2-6 times.However,on the mass weighted basis they decreased,approaching the bulk-sediment contents at high velocity,due to the "particle concentration effect".The distribution coefficients(K D) of heavy metals were higher at slower velocity during the sediment resuspension,which could be attributed to the decrease of fine particles(silt/clay fraction) during resuspension.     

干密度及细颗粒含量对滑坡坝溃决影响的试验研究

为研究坝体物质组成对滑坡堰塞坝溃决过程的影响,本文针对不同干密度、细颗粒含量,配制8组不同的坝体材料,开展人工堰塞坝的水槽模型试验,分析模型试验中不同坝体材料的浸润线发展过程、纵向侵蚀过程及溃决破坏特征。结果表明：(1)堰塞坝浸润线发展速率随着干密度减小而增大,随着细颗粒含量减小而增大。(2)干密度较小的坝体其溃决历时明显小于干密度较大的坝体,并且干密度较小的坝体其侵蚀速度明显大于干密度较大的坝体;细颗粒含量较大的坝体侵蚀速度慢,溃决达到稳定时的时间更长。(3)随着干密度减小,堰塞坝抗侵蚀能力减弱,易形成冲沟,冲沟两侧壁越早形成悬空面,溃口处易失稳坍塌,溃决持续时间越短;细颗粒含量越大,砂土堰塞坝面抗侵蚀能力越弱,越易形成冲沟,溃口处易多次失稳坍塌,溃决持续时间越长。研究成果不仅深化对堰塞坝灾害的认识,还为进一步揭示外界诱发因素与堰塞坝的内在响应机制提供依据。     

洪水作用下车辆稳定性试验与安全标准研究

对洪水作用下车辆失稳时的受力情况进行分析,推导出车辆失稳临界条件方程,并结合三款不同型号1:18的车辆模型渡槽试验,确定方程中拖曳力系数、摩擦力系数、淹没深度与排开水质量关系。根据流动相似原理计算原型车辆失稳的临界水深-流速关系,并以此提出了车辆部分淹没时“大中小”车型的多层次安全标准。研究结果表明：随着水流流速增大,失稳临界水深变小,且流速-水深曲线“凹凸性”发生变化;随着车辆部分淹没水深增加,不同来流情况的临界流速逐渐趋近;同款车型在相同的水深条件下,侧向来流比正向来流更容易失稳;三车并列时稳定性介于侧向来流和正向来流之间;路面坡度越大,车辆越容易失稳;质量越大车辆,稳定性越好。     

浮绳式网箱框架纲波浪力特性的初步试验研究

结合生产的实际需要,沿海浮绳式网箱生产的作用日益突出,因而研究其水动力特性非常重要。根据这一需要,采用预加张力的直交系泊方法,依据目前柔性浮绳式网箱尺寸和渔具模型试验方法设计、制作了一个柔性浮绳式网箱模型（1 m×1 m×1 m）,并进行了水槽试验。试验工况为规则波,周期为0.8～2.0 s（间隔0.2 s）,波高为50～250 mm（间隔40 mm）。在不同波浪周期、波高下,根据测量数据,分析研究作用在浮绳式网箱框架纲上波浪力的特性。试验结果表明：波浪力的变化与波浪特性相似,呈周期性、不对称变化,垂直于波浪方向的2根框架纲的波浪力峰值比与波浪方向平行的2根框架纲的稍小。框架纲上的波浪力不是同步变化的,存在一定相位差,但由于框架纲是柔性绳索制成的,因而能承受由于不同相位波浪力产生的扭矩剪切作用,证明了波浪作用下HDPE网箱常受到破坏而浮绳式网箱安然无恙的事实。最后,就水流和波浪共同作用下的网箱水动力学进行了试验研究,发现波流共同作用下的水动力值并不是单独在纯流和纯波下的水动力的值的简单相加,而存在一修正项。     

基于Benjamin-Feir不稳定性的异常波模拟

通过引入四阶非线性薛定谔方程,基于随机波列演化的Benjamin-Feir不稳定性,采用伪谱方法建立了二维深水波浪数值水槽来模拟海洋中的异常波现象。为了验证该数值模型的有效性,计算了二维水槽中边带扰动随机波列的传播变形,从数值和试验结果的比较上看,该模型可以很好地再现异常波现象。     

U形渠道直壁式量水槽过渡段曲面的设计

针对U形渠道过渡段制作精度难以控制，进而影响量水槽的量水精度这一问题，推导了U形渠道直壁式量水槽过渡段曲面的设计方法，为过渡段曲面的准确计算提供了依据。算例结果表明，该方法在量水槽的设计、制模和制作中能保证精度，可供有关技术人员参考。