大尺度流域河网二叉树编码方法

数字流域模型(DWM)中基于二叉树理论的河网编码方法能够实现任意河段的直接定位和高效的拓扑运算,然而由于该模型针对大尺度流域河网存在编码能力不足的隐患,降低了该模型的通用性和有效性.为此,研究了河网二叉树编码的通用方法,并开发了全自动可视化平台,可以实现任意尺度流域河网的二叉树编码,为进行后续流域水沙运动模拟奠定了基础.将该方法应用于中国西藏境内约3.2万km2的拉萨河流域,实现了59197条河段的快速编码,并按河网自然拓扑形态和流域天然分界将全流域划分为3级14区,验证了该方法改进后的有效性.     

堤坝溃决试验研究

近年来,由于在堤坝溃决的早期预警、应预案编制以基于风的堤坝设计方法等中的重要作用,堤坝溃决问题日渐受关注.本文介绍了在验室堤坝溃决试验中观察的堤坝溃决冲刷过程以试验分析结果.共进行了5组堤坝溃决试验,其中4组的试验材料为不同掺混比例的沙-粉沙-粘土混合料,另外1组试验材料为沙.试验堤坝高75 m,坝顶宽60 cm.试验结果示,＂陡坎＂冲刷（溯源冲刷）在由粘性混合土料填筑的堤坝溃决过程中扮演着非常重要的角色.在试验中观察了水流切冲刷、溯源＂陡坎＂表层流化、由溃决洪水射流冲击引起的＂陡坎＂基和＂陡坎＂的土力学坍失稳等冲刷象.对于沙质堤坝,其溃决过程主要由水流切冲刷主,其下游坝坡逐渐地、比较均匀地后移.沙-粉沙-粘土混合料中的粘性土部分极大地缓了堤坝溃决冲刷的速度.     

雅鲁藏布江中下游地区湿季降雨量的空间分布模型

对于水文气象站点稀少的青藏高原山区,获得较为精确的降雨空间分布信息是进行降雨径流模拟的前提。该文利用GIS手段和多元回归方法,建立了雅鲁藏布江中下游地区旱、偏旱、正常、偏涝、涝等5种类型年份的湿季(5—9月)降雨量的空间分布模型。结果显示:多种地理地形因子对湿季降雨空间分布均有重要影响。统计分析表明:(1)雅鲁藏布江中下游流域地形复杂、降雨站点稀少,回归分析中的地理、地形因子共线性问题突出,方差扩大因子法、Pear-son相关系数法和因子分析法的组合应用是识别和解决共线性问题的有效方法;(2)影响湿季降雨的局部地形因子表达存在着最优空间尺度,15—25km半径范围内的平均坡度、平均坡向、开放度值与降雨也有较高相关性,但考虑其他局部地形因子后,开放度对降雨空间分布的影响可以忽略。     

低浓度固液两相流中的粗颗粒浓度分布

基于低浓度固液两相流的动理学分析所导出的颗粒相基本方程 ,在二维恒定均匀流的条件下 ,探讨了颗粒相浓度的垂向分布规律。通过模化粗颗粒垂向所受外力 ,得到了颗粒脉动能在均匀、线性和指数分布假设下的粗颗粒浓度公式。这些粗颗粒公式可以在一定条件下转化为基于扩散理论的传统公式 ,并与粗颗粒实验资料符合很好。传统公式在描述粗颗粒浓度分布上存在不足 ,并从动理学角度分析了其原因     

黄土高原沟坡重力侵蚀的理论模型

重力侵蚀是黄土沟壑区土壤侵蚀的重要组成部分,其发生条件及侵蚀量受多种因素制约且具有一定随机性.本文通过运用水力学、土力学等力学方法对重力侵蚀主要影响因素进行分析,建立起沟坡重力侵蚀的概化力学模型,同时运用模糊及概率分析等数学方法将黄土沟坡的稳定问题转化为失稳概率,作为沟坡崩塌发生的预报条件,从而实现了考虑沟谷水流侧向切割,降雨入渗影响下的重力侵蚀模拟,为在黄土高原沟壑区进行水沙计算提供了基本方法.     

坡面产沙理论模型

坡面产沙计算是水土流失预测模型的基础.本文基于泥沙运动力学的基本概念,在概化的坡面上考虑影响侵蚀产沙的主要因素及其水力学关系,推导出坡面产沙量的计算公式.通过与坡面产沙实验资料对比,说明提出的坡面产沙计算公式结构合理,待定参数确定后可以作为预测坡面产沙的计算模型.     

低浓度固液两相流颗粒相本构关系的动理学分析

固液两相流的动理学理论认为固体颗粒相可用Boltzmann方程描述。从流场中的颗粒受力分析出发 ,应用动理学的 Chapman- Enskog法 ,探讨了低浓度固液两相流下的 Boltzmann方程的二阶近似解和颗粒相本构关系。结果表明 ,尽管颗粒所受相间力与两相脉动速度有关 ,但在两相脉动速度近乎无关的极限条件下 ,颗粒速度分布函数和颗粒相本构关系与快速颗粒流的相同。这样的极限条件在含粗重颗粒的两相流中可以近似实现     

汶川地震唐家山堰塞湖泄流过程的数值模拟

“5.12”汶川特大地震造成了重大人员伤亡和财产损失, 而山体滑坡形成的堰塞湖不稳定而易于发生溃决, 造成洪水灾害, 是震后急需防御的次生灾害重点和难点. 除了大量的现场勘测外, 对泄流及堰塞体冲刷过程的研究, 是制定下游避险、抢险方案的关键. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室曾为规模最大、威胁最严重的唐家山堰塞湖抢险提供了及时的技术支持, 本文是部分工作的总结. 针对唐家山堰塞湖特定的泄流动力学过程, 开发了平面二维水沙数学模型, 扩展了基本方程, 考虑了堰塞体形成的河床变形对水流运动的影响, 提出了高精度且高效率的边界跟踪算法, 分析了堰塞湖泄流过程以及堰塞体冲刷发展的机制. 结果表明, 河床变形对泄流影响较大, 堰塞体以溯源冲刷为主, 计算得到的泄流流量、堰塞湖水位与 实际观测值吻合较好, 这些结果已经很好地服务于唐家山堰塞湖下游应对方案的确定.     

桥梁分布特征对输水渠道过流能力的影响——以南水北调中线工程为例

长距离输水渠道多个桥梁联合产生的壅水作用对于渠道的输水能力有着重要的影响,是输水工程和交通工程设计中要考虑的重要因素.本文利用南水北调中线电子渠道平台,以南水北调中线工程典型渠段为研究对象,模拟新增桥梁不同间距和阻水面积对总干渠输水能力的影响,得出了桥间距、桥墩阻水面积与渠道水位壅高之间的变化规律,计算得出了对渠道水位壅高影响较小时的适宜的桥梁间距,对南水北调中线工程设计具有参考价值.