声学多普勒流速剖面仪垂线平均流速计算模型研究及应用

以湖南省桃江水文站为研究对象,提出声学多普勒流速剖面仪（ADCP）垂线平均流速计算模型,通过对比分析表明ADCP施测的流速与转子速仪施测的垂线平均流速存在很好的一致性。因此该模型具有较好的适用性及推广应用价值,为水文缆道自动测流系统的建设提供技术支撑。     

粗糙透水床面明渠水流的垂线流速分布

为了进一步揭示粗糙透水床面明渠水流运动特性,针对垂线流速分布研究存在的问题,根据边界层理论,推导了含有摩阻流速、理论床面流速和原点位移等3个参数的修正对数公式;通过水槽试验,运用激光多普勒测速仪,分别对用直径1 cm玻璃珠构成的粗糙不透水和透水床面明渠水流的垂线流速分布进行了测量。结果表明:推导的修正对数公式与实测符合很好;相同水流条件下,透水床面的摩阻流速要大于不透水床面,各自的阻力系数保持基本不变;理论床面流速是主流平均流速的0.35~0.45倍,且床面相对流速随着雷诺数的增大而略有减小。     

长江口潮流速垂线分布规律研究

河道中流速沿垂线的分布规律是研究许多河床动力学问题的关键.长江口潮流河段涨、落潮流垂线流速分布有其特殊规律,因此根据长江口实测水流流速资料,分析流速垂线分布的规律性具有重要意义.本文通过对长江口的实例运用对数线性扩展分布模式计算分析,并与传统的对数分布模式进行比较,结果表明,对数线性扩展分布模式在各层数据上都与实测数据具有更好的相关性.     

虚拟垂线流速时差法流量计算方法研究

根据目前传统时差法流量计算存在的问题,提出并着重阐述了虚拟垂线流速时差法流量计流量计算方法。在京杭大运河徐州段运河水文站进行了计算验证。结果表明,虚拟垂线时差法与传统时差法和流速仪法趋势一致,虚拟垂线法优于传统时差法。可为工程技术人员提供参考,为国产化时差测流装置提供技术支撑。     

冰盖下水流垂线流速分布规律研究

河道中冰盖显著改变了水流流动结构.采用k-ε紊流模型建立了冰盖下水流流动垂向二维数值模型;根据量纲分析理论提出了流速分布规律的影响因素;针对各种因素的不同组合进行了数值计算,并对其流动特性如最大流速点位置、冰区及床面区平均流速等进行了分析研究;对冬季封冻河道的二点测流法精度进行了理论分析.研究结果表明,冰盖下水流的纵向流速在流动核心区并不遵循对数分布规律,同时揭示了冰盖底部与河床的相对粗糙比、河床相对粗糙度及雷诺数对流速分布规律的影响.     

白河水文站表面流速代表性研究

白河水文站为汉江上游控制站,测验河段为山区性河道,洪水陡涨陡落、历时短,高洪流量测验难度较大,为推进测站自动化水平,实现流量监测在线化是必经之路.采用规划求解对白河水文站不同垂线组合下的表面流速与断面平均流速关系进行研究,确定了白河水文站不同测点表面流速测验的最优布设方案及对应的断面平均流速计算公式.结果表明:在白河水...     

过渡区动床明渠流的流速分布

利用激光流速仪测量了随水流强度加大松散床面,从定床到具有一定输沙强度的动床流动,试验水流条件均处于过渡区。试验资料分析表明,动床过渡区明渠流的卡门常数小于通常所采用的0.4;水流强度逐渐增大,随着推移质运动量增加,阻力系数有减小再增大的趋势;雷诺应力分布和紊动强度分布规律同光滑明渠流类似。     

曲面流速分布模型构建及其在自动测流系统中的应用

根据江苏平原水网区河道顺直化、规整化的特点,基于常用的水平流速分布曲线、垂向流速分布曲线和流速分布测验结果,推导和构建了天然河道的流速分布（曲面）模型、全断面流量表达公式以及纵剖面流量表达公式,进而采用超几何函数原理,推导和构建了横剖面流量表达公式。结果表明：江苏平原水网区河道H-ADCP安装高度建议在相对水深0.4～0.65之间,横剖面层平均流速与断面平均流速的关系采用一元一次函数关系推求。     

波流共同作用下流速垂线分布及其影响因素分析

大量波流相互作用的实验表明,当波浪顺流传播时,平均水面附近的流速减小,而当波浪逆流传播时,平均水面附近的流速增加.为了从理论上解释这种现象,从垂向二维Navier-Stokes方程出发,推导出波浪、潮流共同作用下的水流控制方程;采用微幅波理论简化控制方程,并引入Grant-Madsen波流边界层模型,得到波流共同作用下的紊动切应力及流速垂线分布表达式.通过和实验结果及数值结果的对比,结果预测值和实测值较为吻合,表明公式能反映波高变化及涡粘系数共同对流速垂线分布的影响,且简单实用.利用该公式分析了波浪顺流、逆流流速变化的原因.     

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。     

关于利用流速面积法计算实测流量最优模型的论

国内外利用流速面积法计算实测流量的常见的几种方法普遍都存在精度不高的问题,并由此造成了系统偏差。对此有学者提出了新的计算方法,虽然和其他方法相比较,可以极大程度地减少误差,但其研究结果缺乏理论支撑,仅限于一种猜想。本文对其方法的合理性给出了严格的数学证明,不仅证实了学者所提出的计算实测流量公式的确是现行的四种权重参数模型中最优的,而且还将其局部最优范围进行了重大推广,即权重参数由有限多个点处扩大至区间情形,这对我国目前的流量观测计算具有重要的指导意义。     

明渠非恒定流流速分布及推移质运动研究进展

明渠非恒定流流速分布及非恒定流作用下推移质运动分别是水力学和泥沙运动力学研究中的重要问题之一。近几十年来,国内外许多学者在这些领域做过很多探索,取得了一定进展,也存在较多问题。在总结相关研究成果的基础上,简述了明渠非恒定流试验方法、流速分布、床面切应力、非恒定流输沙与水流运动不同步现象、产生原因、以及非恒定流推移质输沙公式等方面的成果,指出了现有研究中存在的不足,提出了需要进一步研究的关键问题:应用先进的量测仪器,研究非恒定流作用下非均匀沙运动输移规律。     

基于BP神经网络的泥石流平均流速预测

泥石流平均流速是泥石流防治工程中不可缺少的重要参数,准确地预测泥石流平均流速对于泥石流防治工程的设计是至关重要的。将BP神经网络应用于泥石流平均流速的预测:将泥石流平均流速的影响因素--泥沙平均粒径、泥深、沟床比降和泥石流密度作为BP神经网络的输入单元,通过对云南东川蒋家沟泥石流观测数据的训练与预测建立了泥石流平均流速的BP神经网络预测模型。将预测结果与东川公式和曼宁修正公式的计算结果进行对比:曼宁修正公式和东川公式预测结果最大误差分别为27%和7.3%,BP神经网络的预测结果最大误差仅为3.2%,BP神经网络的预测精度是最高的,可见此方法对泥石流平均流速预测具有适用性和准确性。最后应用此方法预测了乌东德水电站近坝库区内的3条泥石流的平均流速分别为12.8 m/s、11.3 m/s和13.0 m/s,为库区泥石流防治工程提供了可靠的参考数据。     

泥沙影响流速分布规律的试验研究

挟沙水流中泥沙颗粒的存在将影响水流的紊动结构,并进一步影响水流流速分布。采用超声流速仪MicroADV测量挟沙水流的时均流速沿垂线分布,分析了在不同水力条件、不同泥沙条件(包括泥沙浓度及颗粒粒径)下泥沙与水流相互作用对流速沿垂线分布的影响,在此基础上,考虑到现有流速分布公式在实际河道水流流速沿垂线分布中的应用,提出新的指数型流速分布公式形式;并根据实验资料,初步检验了该公式的精度,同时分析了指数型流速公式中系数k和指数m随泥沙浓度s、粒径d以及水力条件的变化规律。结果表明:系数k随泥沙浓度的增加而增大,同时水力条件以及泥沙颗粒粒径同样也影响着k的变化;而指数m随粒径d的增大而减小,随泥沙浓度s的增加而增大。     

H-ADCP流量在线监测指标流速法定线软件"定线通"介绍与应用

为适应H-ADCP应用于大江大河流量在线监测的需要,专门开发了指标流速法定线软件"定线通"."定线通"内置五种形式的回归方程(即断面平均流速与指标流速之间的函数关系).只需输入实测流量、H-ADCP指标流速、水位、及大断面数据,"定线通"便可以对五种回归方程进行回归分析,即刻给出回归系数、定线评估参数和图形、及定线报告."定线通"界面友好、使用方便.为应用H-ADCP进行流量在线监测提供了有效的定线工具.     

H-ADCP流量在线监测指标流速法定线软件“定线通”介绍与应用

为适应H—ADCP应用于大江大河流量在线监测的需要，专门开发了指标流速法定线软件：“定线通”。“定线通”内置五种形式的回归方程（即断面平均流速与指标流速之间的函数关系）。只需输入实测流量、H—ADCP指标流速、水位、及大断面数据，“定线通”便可以对五种回归方程进行回归分析，即刻给出回归系数、定线评估参数和图形、及定线报告。“定线通”界面友好、使用方便。为应用H—ADCP进行流量在线监测提供了有效的定线工具。     

基于弯道超高计算泥石流流速的探讨

泥石流流速是难以实测和准确推算的重要参数。在分析既有各类弯道超高计算公式的基础上,探讨适用于各类泥石流的弯道超高计算模式,进而改进基于弯道超高的粘性泥石流、稀性泥石流和泥流的流速计算公式,用实例加以验证。     

H-ADCP流量在线监测方案在高坝洲的应用与改进

高坝洲水文站的水位流量关系,受上游水利工程调蓄、长江回水顶托、测站控制不佳的综合影响,关系点据散乱。经过试验,采用H-ADCP在线流量监测为主,水文缆道测验连时序法作补充,基本解决了该站的流量过程监测。在主洪道上修建H-ADCP监测台,实现了该站的流量在线监测。为水位流量关系复杂的测站,提供了流量在线监测的成功范例。     

泥石流流速横向分布特征与防治工程结构优化

以往研究表明,泥石流流速在沟道横断面上分布不均,但目前尚无理论依据,国内现行相关规范暂时建议在泥石流拦挡坝、排导槽等防治工程设计时,流速、荷载按均布考虑,这与实际的受荷情况有所差别,从而导致防治工程局部稳定性偏小,极易发生工程失效。为此,基于冲淤平衡原理、流体均质假设及沟道横断面形状的合理简化,结合雨洪修正法与形态断面法相关原理,演绎了沟道横断面任意位置流速计算公式的推导过程,并获取了泥石流流速的横向分布的非线性特征。通过四川省地震灾区理县甲司口沟泥石流防治工程的实例分析,发现横向上泥石流的中泓线流速与两侧流速相差达到300%。据此对拦砂坝进行了结构优化设计,在确保功能的前提下,提高了坝体稳定性系数约20%,节约了工程造价约5%。     

利用孔中温度场分布确定堤坝渗透流速的热源法模型研究

地下水温度场是研究地下水运动的一种良好的天然示踪剂.库水或河水发生集中的强渗漏时,由于库水、河水与地下水之间的温度差异,渗漏水必将对周围地层温度产生影响.本文对这种由于热源运动而产生的影响进行研究,将渗漏通道看作是一个线热源,利用虚拟热源法推导出了地层中过余温度公式,提出了一个利用孔中温度分布研究堤坝渗漏的简化模型.利用该模型可以计算出堤坝渗透流速,为工程加固提供科学依据.