复式河槽阻力系数及过流能力计算

水位流量关系在流域管理中占有十分重要的地位.而对于复式河槽,水位流量关系的推求是十分困难的.无论采用单一河槽法还是传统的断面分割法,都将带来很大的误差.将复式河槽分为滩地边坡区、滩地区、主槽边坡区和主槽区,并运用英国科学工程研究协会洪水水槽设施(SERC-FCF)的大量的系列水槽实验资料,分析了各区Darcy-Weisbach阻力系数之间的关系.SERC-FCF的实验资料表明主槽区的阻力系数与相对水深有关,滩地区和主槽区阻力系数之比随相对水深成指数关系,滩地边坡区、主槽边坡区阻力系数可用主槽区和滩地区阻力系数表示.利用这些阻力系数关系分别推求各区的流量及总流量.实验资料验证表明:计算流量与实测流量基本吻合.     

漫滩恒定明渠水流的三维数值模拟

采用Naot-Rodi代数应力模型(N-R模型),结合非均匀交错网格下的混合有限分析法(HFAM)来计算漫滩水流的三维流动。为了得到稳定的收敛解,作了两点改进:其一为非均匀网格中数值离散的导数项二阶格式的引入;其二为复式断面分块耦合技术的采用。给出了漫滩水流主流速等值线、二次流的断面分布、垂线平均流速的横向分布以及主槽与全断面流量比随相对水深的变化规律。部分结果与实验资料的对比,表明NR模型和HFAM能较好地用于研究漫滩水流流速、流量和水位的关系。     

复式河槽正常水深计算方法比较

明渠恒定均匀流正常水深在水力计算中十分重要。而对于复式河槽,当洪水漫滩后,直接运用曼宁方程推求正常水深,将带来很大误差。系统地总结了计算正常水深的各种方法,用二分法求解,并运用英国科学工程研究协会洪水水槽设施(SERC-FCF)的大量系列水槽实验成果加以比较。比较发现,精度由高到低依次为COHM方法、刘沛清法、断面倾斜分割法、动量传递法、谢汉祥法、断面叠加法。通过对各种方法详细分析,建议在计算天然复式河槽正常水深时,COHM方法是值得推广的一种好方法。     

黄河口尾闾段河床形态调整及过流能力变化

为全面描述黄河口尾闾段的河床形态调整及过流能力变化,采用河段平均的计算方法,确定了尾闾段(利津—西河口)1990—2016年汛后断面及河段尺度的平滩特征参数,分析河段平滩河槽形态调整特点、河段平滩流量变化过程及其与累积河床冲淤量的关系。结果表明:近30年来黄河尾闾段的河床形态调整过程较为复杂,河相系数在1990—2003年呈振荡式升高,2003年以后持续减小,说明断面形态朝窄深方向发展;平滩流量变化与河段冲淤过程密切相关,淤积时平滩流量减小,反之则增大;建立这些河段平滩特征参数与利津站前4年汛期平均水流冲刷强度的幂函数关系,且相关系数均大于0.8,说明黄河口尾闾段河床形态调整及过流能力变化能较好地响应利津站水沙条件的改变。     

延长漫滩水流情况下水位流量关系曲线的几点經驗

在具有复式河床的河流水文站上,当水流严重漫滩后,要保証搶測到漫滩水位以上的洪水流量,特别是峰頂水位附近的流量,目前还很困难。在这些測站,无疑会遇到延长漫滩水流情况下的水位流量关系曲线的問題。     

多股水流条件下日平均水位及日平均流量的推求

渤海岸六股河绥中站是典型的复式河槽站，根据历史资料，用经验分析及推理的方法提出了多股水流条件下平均水位的计算公式，并以此计算日平均水位及建立水位流量关系进而推求日平均流量，可获得满意的效果。     

黄河下游漫滩高含沙洪水滩槽界定及泥沙时空沉积特性

黄河下游漫滩高含沙洪水河床调整剧烈,多数断面洪水后形成"相对窄深河槽",洪水前后河槽宽度发生明显变化。分别以观测断面洪水前后的河槽宽度为基准,计算漫滩高含沙洪水期泥沙时空沉积分布,结果表明,漫滩高含沙洪水与非漫滩高含沙洪水相比,能将主河槽内淤积泥沙量的59.3%搬运至嫩滩或滩地,减缓主河槽淤积。在分析研究基础上,建立了洪水后漫滩河段河槽相对缩窄率与洪水前期河槽宽度的量化关系,洪水后主槽宽度缩窄率为15.5%~44.0%;分析遴选了漫滩高含沙洪水滩地淤积量与主要水力因子间关联度及物理含义,给出了漫滩高含沙洪水滩地淤积量与相应水力因子间的响应函数;初步提出漫滩洪水河道塑槽淤滩的临界水沙配置指标,临界水沙系数取值为0.025~0.040。成果对高含沙洪水调控具有一定的指导意义。     

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整,对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制,分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽,其变化占整个平滩河槽的90%以上,且基本河槽冲刷加剧;断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上,通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系,发现螺山、汉口两站流量分别为29000~31000 m 3/s、31000~33000 m 3/s时,河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大,因此,可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后,该流量级以下的水流累积造床作用凸显,是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因;同时,受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响,河槽冲刷加剧。     

漫滩河流防洪水位研究

通过物理模型试验对松花江某平原漫滩河段的沿堤防洪水位进行了研究,对主槽和滩地阻力采用了不同的模拟方法,在达到模型相似的基础上,试验量测了水流边界沿低水位随流量的变化关系。研究表明,因河段内阻力因素复杂,边界沿堤水位与同断面主槽水位差别最大可达0.3m。     

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整,对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制,分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽,其变化占整个平滩河槽的90%以上,且基本河槽冲刷加剧;断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上,通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系,发现螺山、汉口两站流量分别为29 000~31 000 m³/s、31 000~33 000 m³/s时,河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大,因此,可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后,该流量级以下的水流累积造床作用凸显,是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因;同时,受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响,河槽冲刷加剧。