长江中游动床阻力计算

动床阻力计算是水沙数学模型中的重要研究内容。三峡工程运用后，进入长江中游河段的沙量剧减引起河床冲刷及床沙粗化，导致动床阻力的变化特点更复杂，有必要研究长江中游动床阻力的计算方法。采用长江中游枝城、沙市及汉口等5个水文站2001—2012年的1 266组实测数据，选取弗劳德数（Fr）和相对水深（h/D₅₀）作为动床阻力计算的主要影响因子，建立基于水流能态分区的动床阻力公式并利用多元非线性回归的方法率定相关参数，采用长江中游上述5个水文站2013—2017年的651组实测数据对公式进行验证。结果表明:①长江中游的动床阻力主要处于低能态区和过渡区；②基于水流能态分区动床阻力公式的计算精度明显高于现有阻力公式，决定系数（R2）约为0.89，阻力系数n的计算偏差小于±30%的数据达97.7%。     

长江中游动床阻力计算

动床阻力计算是水沙数学模型中的重要研究内容。三峡工程运用后，进入长江中游河段的沙量剧减引起河床冲刷及床沙粗化，导致动床阻力的变化特点更复杂，有必要研究长江中游动床阻力的计算方法。采用长江中游枝城、沙市及汉口等5个水文站2001—2012年的1 266组实测数据，选取弗劳德数（Fr）和相对水深（h/D₅₀）作为动床阻力计算的主要影响因子，建立基于水流能态分区的动床阻力公式并利用多元非线性回归的方法率定相关参数，采用长江中游上述5个水文站2013—2017年的651组实测数据对公式进行验证。结果表明：① 长江中游的动床阻力主要处于低能态区和过渡区；② 基于水流能态分区动床阻力公式的计算精度明显高于现有阻力公式，决定系数（R²）约为0.89，阻力系数n的计算偏差小于±30%的数据达97.7%。     

黄河下游动床阻力变化及其计算方法

动床阻力在冲积河道洪水演进与河床冲淤计算中具有十分重要的作用。黄河下游不同水沙条件下的床面形态变化较大,动床阻力变化规律十分复杂,因此需要研究动床阻力的计算方法。利用黄河下游花园口、高村、利津等7个水文站1958—1990年的686组实测数据,确定了影响动床阻力变化的关键水沙因子——水流弗劳德数（Fr）与相对水深（h/D₅₀）,前者表示水流强度,后者表示床面相对粗糙度;建立了基于水流能态分区的动床阻力计算公式,并采用这些实测数据率定了公式中的相关参数;利用黄河下游各水文站1991—2016年的2 288组实测资料,进一步验证了公式的计算精度。计算结果表明:动床阻力的大小随弗劳德数或相对水深的增加而减小;基于水流能态分区动床阻力公式的计算精度明显高于未分区的公式及其他4个动床阻力公式,且决定系数（R2）总体接近0.80,说明水流强度与床面相对粗糙度对动床阻力影响十分显著。     

小浪底水库运用对黄河下游河道水流阻力的影响

小浪底水库运用后,黄河下游河床冲刷粗化严重、水流阻力变化十分明显。为定量描述小浪底水库运用对水流阻力的影响,基于黄河下游水文站流速、河宽、床沙粒径、曼宁系数等实测数据分析,结合床面形态控制数理论及实测床面形态资料,建立了包含床面形态因子的动床阻力计算公式,计算精度得到了黄河下游水文站1 508组实测数据的验证。分析计算表明：黄河下游床沙粒径上段粗、下段细的特征更加突出,高村以上游荡型河段沙垄发育、动床阻力增加明显;高村以下河段,河床冲刷粗化程度明显减少,动床阻力变化相对较小,但河槽断面趋于窄深,洪水期岸壁阻力增大明显。小浪底水库运用促进了黄河下游床面形态的发育,增大了各河段的水流阻力。     

降雨对浅层水流阻力的影响

通过实验室人工降雨水槽试验,研究了降雨影响下浅层水流的阻力规律。根据试验中观察到的物理现象及对实测资料的分析,讨论了降雨对浅层水流特性的影响,提出了"伪层流"的概念,建立了不同流区的Darcy-Weisbach阻力系数∫的估算式。研究成果可用于坡面流计算及土壤侵蚀模拟等方面。     

基于水流阻力与图论的河网连通性评价

河网连通是区域防洪、供水和生态安全的重要基础。基于图论将河网概化为图模型,考虑不同类型河道输水能力差异,以河道水流阻力倒数表征水流通畅度,并以河道水流通畅度为权值,借助ArcGIS平台建立河网图模型加权邻接矩阵,再利用MATLAB工具进行顶点水流通畅度计算和河网连通度分析,从而实现对河网连通性的定量化分析。以太湖流域嘉兴平原河网为例,进行河道疏浚前后的河网连通程度定量评价,结果表明河道疏浚后河网连通度明显增加。     

明渠交汇水流阻力对平面二维数值模拟的影响

与顺直明渠水流相比,明渠交汇水流由于存在分离区和自由剪切面,其紊动特性引起的阻力较为复杂,交汇水流除床面阻力外还受到较强的阻力。基于数值模拟与实验比较分析表明,分离流与自由剪切流所产生的阻力(紊动粘性阻力)对于交汇水流数值模拟具有重要影响。同时,由于平面二维模型对二次流影响的忽略,断面环流较强时数值模拟会产生较大的阻力(环流阻力),而断面环流较弱时,交汇水流的三维特性相对较弱,采用平面二维模型和k-ε紊流模型能达到较好的模拟效果。因此,紊动及环流阻力的计算对交汇水流数值模拟的精度至关重要。     

植物粗糙度对明渠水流阻力影响的试验研究

以水力半径分割法的思想为出发点,建立了新的明渠阻力分割计算关系式,在此基础上分析研究明渠中处于淹没状态下床面柔性植物对水流阻力的影响。采用多普勒流速仪测量边壁附近的流速,用间接法中的流速测量法测量边界上的切应力,用棕榈毛作为植物的模拟材料。以植物粗糙度表示植物阻力,用植物高度、密度的函数表示床面粗糙度,在植物高度和密度变化的情况下,进行水槽试验。经过对试验数据分析,发现植物粗糙度随植物高度、密度的增加而增加,且植物粗糙度越大时,在数值上越接近植物高度。拟合粗糙度与植物高度和密度的经验关系式,进而得出了植物阻力的计算式。     

基于能值理论的采煤沉陷区土地复垦行为分析

利用能值分析方法揭示采煤沉陷区土地复垦行为特征,为采煤沉陷区土地复垦决策和土地利用导向提供科学依据。以徐州城北矿区复垦区为例,采用野外试验与能值理论分析相结合的方法,对采煤沉陷区土地复垦前后能值变化进行分析。结果表明：土地复垦是以人的价值行为为导向、自然资源为依托、生态系统流为骨架,来实现和提升采煤沉陷区生态经济系统功能;以恢复和提高区域生产力为价值导向的土地复垦行为可有效提高区域和产品服务功能,年净增加能值361.61×10¹⁶ sej;复垦后土地用途增加一定面积的鱼塘和储水区,在满足生产需求的同时,可提高区域水分涵养功能,年净增加能值4.6×10¹⁶ sej;土地复垦行为是通过调整采煤沉陷区土地利用结构、土地利用布局和土地利用行为,以实现生态经济系统能量流动与转换来增加区域生态经济系统能值。