河流纵向分散系数研究

研究了天然河流纵向分散系数理论公式及其参数的确定问题.借助于抛物型断面型态方程确定了河道垂线水深沿河宽的分布及流速分布对断面平均流速的偏离u‘的横向分布,给出了横向混合系数计算方法.在此基础上通过对Fischer的三重积分的直接求解,建立了新的天然河流纵向分散系数计算公式.这一新建立的纵向分散系数计算公式与原有的有代表性的经验公式以及26条美国河流上实测的59组资料进行了比较,比较结果表明,本文建立的纵向分散系数计算公式能给出与实测纵向分散系数最接近的预测值.与现有的其它纵向分散系数计算公式相比,本文建立的天然河流纵向分散系数公式理论上更加合理,机理上更加清楚,并且具有最小的预测误差.     

梯形明渠流速分布及水位流速法流量测量分析

阐述验证了梯形明渠的垂线流速分布规律以及垂线均流速的平向分布规律;探讨了明渠截面流量测量的"水位流速法";基于典型明渠计算参数组合,开展了"水位流速法"流量测量,并通过与实地"面积流速法"流量测量对比分析,验证了"水位流速法"的检测准确性及适用性,对工程应用有参考价值。     

水流热扩散系数的试验研究

在系统的明槽水流试验基础上,本文探讨了水流热扩散系数的基本规律.试验成果分析表明:纵向分散系数的适宜尺度是流速分布不均匀综合因素,并与比降和弗汝德数有关,同时给出了估算水流热纵向分散系数的公式;横向热扩散系数与化学物质扩散系数有相似的规律。笔者运用误差理论,导出了温度测量值的不确定度和纵向分散系数的不确定度估算公式。     

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。     

矩形明槽宽深比和边壁糙率对于流速分布和阻力影响的实验研究

本文通过矩形水槽试验,改变宽深比和边壁糙率,系统地研究了明渠恒定均匀流水力学特性.试验表明,根据断面上各条垂线流速分布的特征,可将断面划分为对数流速分布区和抛物线流速分布区.文中给出了两区流速分布的表达式以及两区分界线和垂线最大流速点位置随宽深比和边壁糙率而变化的规律.本文还分析了光滑明渠流和粗糙明渠流阻力系数的变化、阻力系数的分割以及剪切应力沿床面和边壁的分布规律.     

明渠规则断面流量测量方法研究

针时现有明渠流量测量方法的不足,提出一种规则断面明渠流量的自动测量方法-"流速-水位法".首先基于断面流速分布经验公式,给出"流速-水位法"测量明渠断面流量的基本原理、计算公式及测量步骤;然后应用该法对某实际灌区的两个典型断面进行流量测量,并与流速-面积法的实测结果作对比,两者符合的较好,说明本文所提出的"流速-水位法"是准确可行的.实例应用成果表明,所提出的"流速-水位法"可用于规则断面明渠流量的自动测量.     

基于横断面垂线平均流速分布的流量计算模型研究与应用

深入分析横断面流速分布特性,提出横断面垂线平均流速分布模型及计算公式。该模型利用大断面、河道水位及断面上一条垂线的平均流速,即可较准确地计算出断面上任意一条垂线的平均流速,从而计算出断面流量。这种方法缩短了测流历时,在保证测流精度的同时,为防汛调度决策延长了预见期。讨论了该方法的应用条件、误差来源和误差控制方法。为明渠实时在线监测提供了一种新的方法,为明渠流量计研发奠定了理论基础。     

浮标流速系数公式分析

目前分析浮标系数的半理论半经验公式: K_f=K_1(1+AK_v) (1) K_1=Q/Q_0 (2) 式中:K_f——断面浮标系数 K_1——断面平均水面流速系数 A——浮标阻力分布系数 K_v——断面平均空气阻力参数 Q——流速仪断面流量 Q_0——流速仪断面虚流量在测流河断内断面变化均匀,流速仪断面确能代表河段内各断面的平均的条件下是合理的。但是在天然河道内,特别是山溪性小河,难于     

水生植物对水沙运动影响的三维湍流模型

水生植物的存在改变了明渠内水流的流动结构,也影响着泥沙的输运。建立三维湍流模型,在水流控制方程中加入植被阻力项和植被密度项来考虑刚性植物对水动力特性和泥沙输运特性的影响。应用该三维数值模型计算了矩形水槽内淹没植被对水流水平时均流速垂向分布的影响、复式明渠边滩栽种挺水植被对水流深度、平均流速分布以及植被岛周围泥沙床面的冲淤变形的影响。数值计算结果与实测结果吻合良好,表明本模型可以有效地描述刚性水生植物对水流泥沙运动的影响。     

明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验

受地形、地质等条件影响,明渠收缩过渡段在输水工程中十分常见,过渡段长度过短,会导致水面波动,水体紊动加剧。为研究明渠不同长度过渡段内纵向时均流速及紊动强度的分布规律,通过室内模型试验,利用二维电磁流速仪ACM2-RS测量了渠道内沿程中垂线不同深度处瞬时流速。试验结果表明:收缩段内,纵向时均流速沿程增加,紊动强度沿程降低,遵循涡旋的拉伸机制和线性扭曲理论;受二次流影响,最大流速位于水面以下,且最大流速的位置随二次流作用的增强而降低;不同长度过渡段对下游纵向流速分布和紊动强度影响不同,过渡段越短,下游水流紊动越强,但非渠底附近紊动强度沿垂向先减后增的规律不变。     

顺直河流横向紊动扩散系数

利用垂直紊动扩散系数及水利几何形态关系,借助于抛物线型断面形态方程,提出了顺直河道中局部水深沿横断面的分布,在此基础上确定了横向紊动扩散系数的断面分布及其平均值表达式,阐明了无量纲横向紊流扩散系数间的关系,计算的断面平均横向紊动扩散系数与138组试验资料吻合良好。比较结果表明,建立的顺直河道横向紊流扩散系数计算公式能给出与实测值最接近的预测值。与现有的其它横向紊流扩散系数计算公式相比,其公式在理论上更加合理,机理上更加清楚,并且具有最小的预测误差。     

Longitudinal dispersion processes in the upper tamar estuary

Measurements of velocity, salinity, and suspended solids concentration have been used to investigate the intra-tidal variation of vertical and transverse shear-induced dispersion. For the study research the interaction of the longitudinal density gradient and vertical shear during the early part of the ebb tide accounted for much of the net longitudinal dispersion of solute landward. The same mechanism also is shown to lead to a net particulate transport landward. The landward flux, however, takes place during the flood tide. The field data are also used to elucidate the tidally averaged tidal pumping mechanism.     

纵横波速度比在东胜气田致密低渗储层流体识别中的应用

东胜气田锦72井区盒1段储层纵向非均质性强,含气饱和度差异大,气水赋存状态多样,预测有效储层是目前勘探开发的关键问题。笔者结合测井数据,采用统计、对比研究方法,建立盒1段致密低渗储层流体测井响应特征及识别标准。理论证明,含气砂岩随着含气饱和度升高,纵波速度和横波速度都降低,但是纵波速度比横波速度变化大,因此,纵横波速度比降低。在此理论基础上,通过交会图分析,定量化识别出储层流体,同时采用纵横波速度比反演与纵波阻抗反演分析,明确了研究区盒1段气水分布规律及其空间展布特征,为研究区油气勘探提供依据。     

Analytical solutions of one-dimensional advection-diffusion equation with variable coefficients in a finite domain

Analytical solutions are obtained for one-dimensional advection-diffusion equation with variable coefficients in a longitudinal finite initially solute free domain, for two dispersion problems. In the first one, temporally dependent solute dispersion along uniform flow in homogeneous domain is studied. In the second problem the velocity is considered spatially dependent due to the inhomogeneity of the domain and the dispersion is considered proportional to the square of the velocity. The velocity is linearly interpolated to represent small increase in it along the finite domain. This analytical solution is compared with the numerical solution in case the dispersion is proportional to the same linearly interpolated velocity. The input condition is considered continuous of uniform and of increasing nature both. The analytical solutions are obtained by using Laplace transformation technique. In that process new independent space and time variables have been introduced. The effects of the dependency of dispersion with time and the inhomogeneity of the domain on the solute transport are studied separately with the help of graphs.     

三峡工程大江截流水力要素变化分析

根据三峡工程大江截流期间收集到的截流河段,导流明渠、二期上下围堰口门区的水位,流速,流量,河床地形,水面流态等监测资料,分析研究了截流河段（尤其是动态的龙口）水力要素的变化规律及其相互关系。分析表明,龙口纵,横断面的流速分布受戗堤进占与平抛垫底施工和上游来水来沙的综合影响。围堰渗流量的监测对分析明渠分流比,石渣戗堤稳定研究起到了补充作用。     

基于微形态理论的各向异性散体波动分析

基于散粒体微观力学理论,忽略颗粒转动引起的相对位移,考虑颗粒接触的组构各向异性,根据宏微观能量守恒推导得到了散体材料各向异性微形态本构关系,进而通过单位接触方向积分的递推公式推导出了各向异性本构张量表达式;在此基础上,根据哈密顿原理得到了各向异性散体材料的运动平衡方程和边界条件,从而求得了平面波在各向异性散粒体中的传播规律和频散关系,最后对波的频散关系和频率带隙进行了详细的参数分析。研究表明：该模型预测了散体中包含3类12种位移波：3种纵波、6种横波和3种平面内横向剪切波;横观各向同性条件下,接触各向异性参数a20越大,纵波和横波的频率越大,而平面内横向剪切波的频率越小;正交各向异性条件下,随着接触各向异性参数a22的增大,与2方向运动相关的横波频率增大,而与3方向运动相关的横波频率则减小;但a22的变化对纵波频率影响很小。材料各向异性程度对横波带宽影响不大,但对纵波带宽影响较大：a20的增大使得声?光学波间的带宽减小,而光学波间的带宽增大,当a20>0.84时,声?光学波间的带隙消失;但是a22的增大则使得声?光学波间的带宽增大,而光学波间的带宽减小。退化为各向同性模型后,预测3类波的频散曲线与其他各向同性模型的结果基本一致。     

Estuarine Dispersion from Tidal Trapping: A New Analytical Framework

Observations of tidal trapping in a channel connected to large volumes along its perimeter showed that the exchange between them is driven by advection due to tidal flows. Therefore, quantifying the longitudinal dispersion of scalars in the channel that results from tidal trapping was not possible using traditional frameworks, which assume that the exchange is a diffusive process. This study uses the concentration moment method to solve analytically for the dispersion coefficient of a solute in a tidal channel which exchanges advectively with volumes along its edges. This constitutes a new framework for analyzing the longitudinal dispersion that results from tidal trapping in systems such as a branching tidal channel or the breached salt ponds of San Francisco Bay. A comparison of dispersion coefficients from traditional, diffusion-driven frameworks for tidal trapping, the new advective framework derived in the present study, and observations show that the new formulation is best suited to this environment.