水流交汇区污染物输移扩散特性

为分析水流交汇区污染物输移扩散规律,开展了交汇区污染物浓度分布规律的实验和数值模拟研究。建立了交汇区污染物扩散的水气两相流数学模型,并采用实验结果进行验证,对交汇区不同流量、动量和交汇角情况进行实验和数值模拟研究。结果表明:含高浓度污染物的支流汇入干流后,在交汇口下游支流侧形成较长的污染带,且支流与干流的交汇角和流量比(动量比)越小,污染带越狭长;在污染带范围内,污染物浓度梯度较大;污染物分布主要受随流输移和扩散的综合作用影响,其中在交汇区污染物的扩散作用明显。     

黄河上游干支流交汇区沙坝淤堵形成条件

针对黄河上游干、支流交汇区形成的沙坝淤堵事件,利用野外观测资料,分析了支流高含沙洪水特性及交汇区沙坝淤堵特点,探讨了汇流比(支流流量与干流流量之比)、支流洪水水量、支流洪水沙量等因素对沙坝淤堵形成的影响;根据动量原理建立了交汇区形成沙坝淤堵的判别关系,结合黄河上游干、支流洪水输移特性,得出了基于汇流比与支流洪水水量关系及支流洪水沙量与支流洪水水量关系的沙坝淤堵判别条件。由此,可根据汇流比、支流洪水水量及沙量判断交汇区能否形成沙坝淤堵,可为暴雨洪水期黄河上游交汇区形成沙坝淤堵灾害的预报及防治提供参考。     

明渠交汇口水流分离区研究

支流汇入主流后,在明渠交汇口下游附近形成分离区,造成过流断面束窄.采用水力学基本理论及试验手段,对等宽明渠交汇口水流分离区的形状及尺寸进行了理论分析和试验研究,提出了分离区收缩系数及能量损失系数的理论表达式并与试验结果进行了比较.研究结果表明,随交汇角或主支流流量相对大小不同,分离区尺寸发生变化;对于给定交汇口几何形状及尺寸,分离区形状基本保持不变,但分离区尺寸随流量比变化并具有较好的相关关系,并随交汇角增大呈有规律增加.     

长江与嘉陵江交汇区水流结构的数值模拟

针对天然河流交汇区域复杂的地形条件及水流运动特性,采用水气两相流三维数值模型,对长江与嘉陵江交汇区水流运动进行深入研究,分析了交汇区域分离区、剪切层、流速场及螺旋度的变化特性。研究结果表明:长江与嘉陵江交汇的水流分离区形状受地形影响明显,随着水位的增加向右岸移动,剪切层整体呈一个扭曲的曲面;干支流原有的环流在交汇之后重新汇合,左岸未出现明显的环流,右岸逆时针的环流有减弱趋势,交汇区域纵向流速呈现高速与低速带分布特征。此外,长江和嘉陵江在交汇口下游螺旋度呈现左侧为负、右侧为正的对称分布,水流结构表现出逐渐形成双螺旋流的趋势,其中左侧的螺旋流逆时针运动,右侧的螺旋流顺时针运动。     

太湖流域西苕溪中下游水位流量绳套关系的探讨研究

西苕溪位于太湖流域中上游地区,其下游河床比降较小,且受太湖水位顶托以及东苕溪导流干扰,水位流量呈现复杂的绳套关系.随着经济发展,洪水灾害造成的损失日趋加剧,因此,探讨该河流的水位流量关系对于流域洪水预报与防洪减灾意义重大.本文结合校正因素法和落差指数法选取变量,采用系统差分模型的方法对西苕溪水位流量的绳套关系进行解算.结果表明,该模型实用性好、模拟精度高、适应性强,可为该地区的洪水预报提供良好的技术支撑,同时,该研究也为东部地区中小流域中下游水位流量关系的研究提供参考.     

小龙潭水库坝址尾水水位流量关系分析

小龙潭水库坝址的尾水受小龙潭下游伏流的影响,伏流消水洞的排泄能力较差,洪水常形成壅水,不能按常规曼宁公式进行计算坝址尾水的水位与流量关系,根据伏流消水洞的泄流能力按"水库调洪"方法计算绘制小龙潭水库坝址建库后水位流量曲线,确定坝址尾水水位流量关系。结果表明:下游伏流消水洞泄量较小,水库施工期间可能受下河石渣影响。因此,施工过程中要密切注意施工弃渣和弃石,并即时对其进行清理,避免堵塞下游河道。并且下阶段应设立水位、流量监测站,积累资料,即时复核水位流量关系。     

90°支流入汇区域时均流速分布特征试验研究

通过多组次水槽试验,应用声速多普勒测速仪研究入汇角为90°时,不同汇流比水流条件下支流入汇区域及其附近的水面比降变化和时均流速分布特征。试验表明,入汇口上游的干支流水面坡降取决于干支流相互顶托影响,而入汇口处及其下游合流掺混区水面坡降随干流流量增大而增大,随汇流比增大而有所减小。不同位置垂线时均流速分布主要受主支汇流比和水流流态的双重影响,随着汇流比的增大,入汇口上游断面时均流速逐渐减小,而入汇口下游断面产生了明显的高、低流速带,形成回流分离区。     

水质大涡模拟数学模型研究

建立了基于弱可压缩流基础上的水质大涡模拟数学模型及污染物质扩散系数与平均运动的关系。数值计算采用有限体积法和预测校正法,固壁边界条件采用"部分滑移条件"。并应用该模型对重庆嘉陵江、长江两江交汇段的流场,污染物质浓度分布进行了计算,计算结果与实测值比较吻合。研究表明,横向扩散与流动状态有关,当支流流量相对较小时,横向扩散较弱,形成岸边污染带,当支流流量相对较大时,横向扩散较强,污染带向江心移动。     

三明市沙溪洪水特征及其成因分析

分析了闽江支流沙溪的洪水特征、洪水成因、洪峰水位同上游降水的关系以及安砂水库对下游洪水的影响.     

受多因素影响的水位流量关系单值化整编方法

对受洪水涨落率影响、下游支(干)流洪水顶托影响及人工水利工程影响的水位流量关系，提出了用计算机综合处理的校正因数一落差指数拟合法，较好地解决了水位流量关系单值化的问题，满足现行的《水文资料整编规范》要求，具有一定的推广价值。     

弯道水流对下游回水响应特征试验研究

弯道水面横比降及断面环流是弯道水流的显著特性。通过U形弯道水流壅水试验,对弯道水面横向比降、横向流速分布、环流强度、紊动能及纵向流速沿程的变化进行了试验研究。结果显示,随着下游回水的抬高,弯道水面横比降、横向流速分布、环流强度、紊动能及纵向流速将发生明显的改变。为深入探讨下游回水对弯道水流结构的影响提供了科学依据。     

三峡水库泄水-蓄水过程香溪河库湾水流振荡特性

深入认识水库的水动力过程一直是研究和解决其水环境问题的基础。通过对三峡水库香溪河库湾2019年泄水期(5月)和蓄水期(9月)高频、连续的水位和流速剖面监测数据进行分析,获得了该支流库湾振荡的物理特性。研究发现：(1)高频的库湾振荡在垂向上表现为正压波,在水平模态上表现为最基本的Helmholtz模式(n=0),该振荡是香溪河库湾显著存在的重要水动力过程之一;(2)库湾振荡的周期约2 h,在库湾上游其振荡流速可达±0.05～0.1 m/s,水位波动振幅可达0.2 m;(3)支流库湾振荡由库区干流重力波驱动,重力波产生于大坝下泄流量的日调节过程。本研究不仅加深了对水库及其支流水动力过程的认识,同时也进一步揭示了香溪河库湾水动力过程对三峡水库日调度的响应机制,为后续水库生态调度研究及其应用提供了新的视角。     

基于不同溃口形态的尾矿坝溃决泥浆流动特性试验研究

以云南玉溪矿业有限公司秧田箐尾矿库设计资料为依托,依据相似原则,采用重庆大学自行研制开发的尾矿坝溃决破坏模拟试验台,基于尾矿坝溃决的口门形态,探索了坝体在1/4、1/2以及全部瞬间溃决3种情况下的下泄泥浆流动特性。试验结果表明：（1）溃坝口门形态对下泄泥浆的冲击力、淹没范围以及演进规律有较大的影响;（2）泥浆在下游各特征过流断面处的演进规律具有较明显的龙头衰减过程,龙头速度较大,泥深以及泥浆冲击力呈现小-大-小的分布,具有较长的拖尾衰减现象;（3）随着溃口逐渐加大,泥浆在下游同一过流断面处的冲击力和泥深呈明显增大趋势,其增大趋势表现为非线性;（4）泥浆流态在下游90°弯道处发生强烈扰动,在弯道内侧出现涡流现象,而在外侧出现反射现象,瞬间全溃下泄泥浆形成的涡流范围和反射波强度较坝体1/2和1/4溃决情况明显;（5）受溃口形态影响,下泄泥浆龙头到达同一过流断面的时间也不同,全溃泥浆龙头到达下游同一过流断面处的时间远小于坝体1/2和1/4溃决情况。同时,随着溃口的不断减小,同一断面处泥浆冲击力峰值呈减弱趋势,到达峰值的时间也相应推迟。研究成果为不同溃坝口门形态下的尾矿坝溃决泥浆流动特性的深入认识提供了参考。同时,对指导矿山企业的防灾减灾工作具有重要的现实意义。     

Effect of upstream ponds on stream temperature

Many tributaries feeding streams are connected to ponds that heat up during summer months; however, the influence of these ponds on receiving stream temperature was not known. Stream temperature affects microfauna and fish habitats in aquatic ecosystems. Three tributaries with headwater ponds exposed to sunlight and one tributary unassociated with a large, upstream pond were selected for study within the Pennypack Creek watershed in the Philadelphia Metropolitan Area. Temperature loggers were installed in the pond (when applicable), associated tributary, and in the Pennypack Creek up and downstream of its confluence with the tributary. Although diurnal temperature fluctuations were apparent, the study showed no significant differences in temperature up and downstream of tributary discharge to Pennypack Creek. Pond water temperatures were up to 4°C warmer than the Pennypack Creek; however, temperatures downstream and upstream of the tributaries leading out of the ponds were within 1°C of each other.     

香溪河岩溶流域水系结构与洪峰特征关系

为研究香溪河岩溶流域地表水系结构特征与洪峰流量衰减过程规律,采用统计方法分析典型子流域的水系结构特征,采用流量衰减方程分析其典型退水过程。地表水流量衰减过程存在若干个亚动态,将各个亚动态的水量分配比例作为描述洪峰特征的特征值,将水系数目比例、水系长度比例作为描述水系结构的特征值,把两者作相关分析。结果表明:岩溶区水系长度比例与水量比例在第一和第三亚动态具有较高的相关性,相关性判定系数高达0.84,使用水系长度比例更能反映水系结构的特征。      

Variation of uncertainty of drainage density in flood hazard mapping assessment with coupled 1D–2D hydrodynamics model

Coupled 1D–2D hydrodynamic models are widely utilized in flood hazard mapping. Previous studies adopted conceptual hydrological models or 1D hydrodynamic models to evaluate the impact of drainage density on river flow. However, the drainage density affects not only river flow, but also the flooded area and location. Therefore, this work adopts the 1D–2D model SOBEK to investigate the impact of drainage density on river flow. The uncertainty of drainage density in flood hazard mapping is assessed by a designed case and a real case, Yanshuixi Drainage in Tainan, Taiwan. Analytical results indicate that under the same return period rainfall, reduction in tributary drainages in a model (indicating a lower drainage density) results in an underestimate of the flooded area in tributary drainages. This underestimate causes higher peak discharges and total volume of discharges in the drainages, leading to flooding in certain downstream reaches, thereby overestimating the flooded area. The uncertainty of drainage density decreases with increased rainfall. We suggest that modeling flood hazard mapping with low return period rainfalls requires tributary drainages. For extreme rainfall events, a lower drainage density could be selected, but the drainage density of local key areas should be raised.

     

流域地貌特征对流域水文响应的影响分析

针对目前研究流域地貌特征与流域水文响应的指标具有随意性、主观性以及地貌特征与流域水文响应之间相关性较多、定量化较少等现象,求解出河道和坡面水流运动方程的格子玻尔兹曼方法解,进而构建了基于LBM的汇流模型,计算出黑龙江流域25个研究流域的单位线。分析了单位线要素与流域面积、流域长度和流域宽度之间的相关性,并给出了定量公式。研究结果表明:时间面积曲线由于受到水动力扩散作用比距离面积曲线变得平滑,可以用单位化的时间面积曲线定量单位线,但当一个流域的时间面积曲线有多个大的极值接近时峰现时差和洪峰拟合的不好。研究结果可为定量化流域水文响应和流域水文模型的参数率定提供方法和定量公式。