强弯河道水流结构及离散特性研究

对180°强弯河道水流结构及离散特性进行了研究.采用三维多普勒超声流速仪(ADV)对强弯河道5个典型断面的流速场进行了量测,得到了各典型断面上的实测流速资料;进而采用改进的分区模型,分别对强弯河道的横向和纵向离散系数进行了研究.结果表明:在弯道进口段,凹岸附近水流受到限制,流速减小,凸岸附近水流流速增大,纵向剪切流速较大,故纵向离散系数较大,此时二次流尚未形成,横向掺混并不剧烈,所以横向离散系数还比较小.随着水流入弯的不断发展,弯道内二次流逐渐形成并不断增强,最大流速逐渐向凹岸转移,此时横向剪切逐渐增强,横向离散系数逐渐增大;而纵向剪切趋于平缓,纵向离散系数逐渐减小.在弯顶附近,二次流得到充分发展,横向离散系数达到最大值.在弯道下游段,二次流强度逐渐减弱,横向剪切流速减小,使得横向离散系数逐渐减小,此时最大流速转移到凹岸附近,流速分布变化趋于平缓,纵向剪切流速变化幅度较小,纵向离散系数基本趋于稳定.     

人工河道断面水面流速系数的探讨

人工河道断面水面流速系数在无精测法资料可供对比分析的情况下,采用比照同类站直接选用具有一定的盲目性。以0.6相对水深测速代表平均流速,作为计算断面平均流速的标准值,以较为接近天然河流的对数型垂线流速分布公式为理论依据,与采用假定水面流速系数测速的断面平均虚流速进行比较,分析水面流速系数。并用数理统计的量化标准反证所求水面流速系数是比较简便易行的。     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。     

复式断面交汇河道水流流量计算

为了更好的计算复式交汇河道的过水流量,从理论上讨论了用于复式断面河道流量的计算方法。结果表明:利用室内水槽模型,考虑漫滩水流滩槽之间的动量交换,采用以平均水深的Navier-stokes方程为基础的漫滩水流计算方法,根据力的平衡理论,建立力的平衡关系式,获得了滩槽的平均流速,滩槽流量以及整个断面的过流能力。通过实例验证,该成果比较准确,对于河道流量计算具有一定的参考价值。     

河道内生态需水量估算的生态水力半径法

界定了生态流速和生态水力半径的概念,提出了一种同时考虑河道信息(水力半径、糙率、水力坡度)和维持某一生态功能所需河流流速的水力学方法．找出了该方法的关键参数是确定生态水力半径所对应的河道过水断面面积,重点推导了抛物线形过水断面与水力半径之间的关系.这种新方法的计算不仅能更好的适应鱼类对流速的要求,而且可用于其他生态问题有关的生态水流(如泥沙和污染自净的计算等)．以估算雅砻江支流泥曲的朱巴站河道内生态需水量为例,说明了计算过程,同时用Tennant法作为对比．结果表明:水力半径法计算朱巴站河道内生态流量基本处于Tennant法所计算的最小和适宜生态需水量之间,由于该方法考虑了生态流速(如鱼类洄游流速),故所得的结果符合实际情况．     

复式断面河道水流泥沙数值模拟

建立了复式断面河道一维扩展水流、泥沙数值模型,并且对阳泉治理河段的水流、泥沙情况进行了计算。计算结果与试验结果相比符合较好,说明了一维扩展水沙模型在实际工程上应用的可行性     

黄河宁夏典型弯道段河道整治试验研究

针对黄河宁夏石嘴山弯曲河段凹岸不断冲刷的现状,结合护岸丁坝工程,在四排口河段采用丁坝群及开挖引流综合河道治理措施,保护岸坡稳定并实现裁弯取直.利用声学多普勒测流仪和激光粒度分布仪测试和分析得出:丁坝群上、中游段主流及主槽向凸岸发展,丁坝群下游段主流仍趋向凹岸;近左岸、河道中心、右岸的平均中值粒径分别为16.748,15.196,13.442μm.结果表明,弯道内设置丁坝群及开挖引流后,主河槽向凸岸发展,有效改善了凹岸区域的冲刷,该方法在稳定弯道水流,防止岸坡冲淤方面有较好的效果.     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。     

分汊河道平面二维水流数学模型的研制及应用

采用有限元方法建立起一种适合于分汉河道模拟的平面二维水流数学模型，并以南京八卦洲汉道段为例，进行了水面线、断面流速分布和分流比的验证计算，验证结果与实际符合较好，从而证明了模型的可靠性。     

淮河入海水道淮安地涵枢纽河道水流数值计算

利用平面二维水流数学模型,对淮河入海水道淮安地涵构纽下游河道连接段水流进行了计算研究,计算结果表明,设计方案存在下可道流态复杂及高流速区范围较大等问题,为此比较了三个修改方案,在综合比较水流流态及工程投资的基础上,确定了地涵下游河道连接段推荐方案。推荐方案对于改善下游河道出口至清安河之间的高流速区仍无法有效地改善,需对该区域采取保护措施。     

黄河下游游荡型河段挟沙力、阻力沿河宽分布的研究

对游荡型河流挟沙力、阻力沿河宽分布情况进行了研究。研究发现河道断面形态变幅较大是影响现 有二维挟沙力研究方法应用到游荡型河流中的主要原因;阻力沿河宽分布除河道断面形态影响之外,滩槽水 流差异也是不可忽略的。因此,引入反映河流断面形态变幅以及滩槽差异的因子,结合黄河水沙资料对现有 公式进行修正,得到适用于黄河下游游荡型河段的二维挟沙力、阻力公式。     

湿地水文连通的生态效应研究进展及发展趋势?

湿地是地球上生物多样性最丰富、生产力最高、最具价值的生态系统之一,为人类社会经济的发展提供了重要保障.在高强度人类活动和气候变化双重作用下,湿地破碎化严重,面积减小,湿地的水文连通受阻,导致了一系列生态环境问题.本文基于广泛的文献调研,从水文连通的概念、水文连通对湿地生境的影响、水文连通对生物的影响以及受损水文连通的修复4个方面回顾了当前湿地水文连通的生态效应研究进展以及存在的不足.结合多年在湿地领域的研究背景,重点针对上下游重大人类活动和气候变化对大江大河三角洲湿地水文连通的胁迫,提出了未来的主要研究趋势,将为解决三角洲湿地面临的基础科学问题提供支持,推动我国湿地科学基础理论的发展.     

变流速比与宽度比条件下分汊河道分层流紊动特性

针对目前分汊河道分层流紊动特性研究的空白,通过物理模型试验探索分汊河道温差剪切分层流在不同上下层速度比与汊道宽度比影响下的紊动强度变化规律。结果表明:随着上下层流速比由大变小,汊道分层流发生从分层到混合的转捩。在混合流条件下,支汊沿程断面高紊动区由C形分布转变为倒C形分布,最终全断面紊动分布均匀;随着支汊宽度增大,高紊动区出现的断面位置呈现滞后性,且紊动能量值增大。其他分层流态条件下,强紊动能分布的范围和量值都有所变化。对于交汇口断面,对称汊道在断面中心处掺混剧烈,随着上下层流速比的增大,紊动能量值减小;不对称汊道出口断面紊动强烈区域向较窄的左支汊一侧移动,与岛屿尾尖位置密切相关。     

VOF模型在有支流汇入的河道复杂流场中的应用

采用VOF模型对大渡河与楠桠河交汇处的护堤工程区及其影响范围进行了三维数值模拟计算分析.结果表明:楠桠河与大渡河交汇口处的流态主要受大渡河流态的影响.护堤工程扩建后,断面平均流速在局部的增大,会增加对河岸的冲刷,因此在护堤建设过程中,应加强固岸措施.工程现场的原位试验观察与模拟计算结果吻合较好,加之工程多年来的安全运行,均说明VOF模型是一种处理复杂自由表面的有效方法,可在天然河道,特别是在有支流汇入的复杂河道流场研究中推广应用.     

基于水功能区划的河流生态环境需水量计算研究

以北运河为例,根据河流功能区划及河流特点,基于分时段、分区域、分等级的思想,综合采用Tennant法、水质模型法、鱼类生境法进行北运河流域生态环境需水量计算,得出北运河各功能区河段的最小、适中、最佳生态需水量。研究结果表明:沙河闸—北关闸、北关闸—杨洼闸的河段水污染严重,仅依靠增加基流量无法满足河流水质功能要求,需要在满足河道一定基流的基础上最大程度削减河段的污染物排放量;土门楼—筐儿港、筐儿港—屈家店河段,采用鱼类生境法计算河道生态环境需水量分别为2.581亿m3/a、3.016亿m3/a,此水量是该河段恢复河流生态结构与功能健康的最佳需水量。     

山东河流湿地植被构成及区系研究

湿地是全球重要的陆地碳库之一,对于全球变化的响应十分敏感。根据有关调查资料,对山东省河流湿地植被构成、河流湿地植物生长型及其植物区系地理成分等进行了分析,阐述了它们与植物之间的关系。山东省河流湿地面积257 795.20 hm²,占全省湿地面积的14.84%。山东省河流湿地内分布植物82科、216属、301种。在植物区系地理成分上,包括15个类型和12个变型。温带性质和热带性质的分布型和变型的属为145个,占总属数的67.13%,体现了植物属分布的温带和热带特点。     

河北省湿地现状及其可持续利用

河北省湿地是我国湿地的重要组成部分.湿地类型有:河岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽及沼泽化草甸湿地等.由于自然与人类行为相互作用的结果,现在的湿地的生态环境呈现了明显的退化趋势,主要表现为:湿地水量减少,面积逐渐萎缩;生物资源呈现衰减趋势;湿地调蓄功能逐年下降.笔者分析了河北省湿地资源现状、主要功能特征及湿地退化的状况,提出了河北省湿地资源保护和可持续利用的对策.     

河道三维错层的水流泥沙数学模型

应用垂向坐标变换,结合水平有限元、垂向有限差分的分层方法建立了河道拟三维水流泥沙数学模型．对过流断面变化剧烈的河段提出了错层计算方法,弥补了同层网格垂向落差较大的分层模型缺陷．利用水流泥沙理论解对模型计算结果进行了验证．采用该模型对海河下游河段穿河隧道施工过程中主体隧道悬浮于主流区时的水流泥沙情况进行了数值模拟,流速模拟结果与半理论半经验公式估算结果基本一致,为明渠流和河道中悬浮建筑物下压力流的混合计算提供了一种新的计算方法,拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用空间．     

闽江竹岐至侯官河段河床演变规律与整治初探

近年来,竹岐至侯官河段冲淤变化快,局部河段流态恶化,时有船舶搁浅,甚至出现翻船事故,航道整治迫在眉睫,本文根据大量实测的水文、泥沙和地形资料,分析该河段近年来的演变规律和影响因素,发现受水电站泄水、采沙和特殊水文年水文动力因素等综合影响,该河段总体演变趋势是冲刷,但浅滩淤积,且整治建筑物对河床冲淤有较大影响,在此基础上,从水流动力基本理论出发,用二维数值模拟方法,进一步研究整治建筑物对流场的影响,揭示了局部河段流态恶化的原因,提出修建N18坝束水归槽,修建S15坝调整局部河段流场改善流态的整治方案,模拟计算表明,这一措施效果良好,研究成果可供工程实践参考。     

马尾万吨码头港池增深方案及数学模型试验

马尾万吨码头港池淤积的主要原因是马杭水道出流口的不良河势，与闽江上游的来水来沙条件并无直接关系。提出港池增深工程的指导思想，通过局部工程措施，使主流靠近码头前沿，增强码头前沿的水动力，形成有利河势。经二维数学模型优化比选，推荐了实施工程方案。