主槽一维和滩地二维侧向耦合洪水演进模型

为实现对复式河道大尺度漫滩洪水的快速模拟,结合洪水在滩槽行洪特点和河道一维、二维水动力学模型研究成果,在主槽与滩地分别划分为矩形和三角形网格,以左右滩唇为分界实现两网格系统嵌套;建立主槽一维水动力学数学模型,内插大断面间网格处的水力因子,在滩地采用简化的二维水动力学模型模拟滩槽间、滩地网格间水量交换,实现主槽一维与滩地二维模型侧向耦合。利用黄河下游“96·8”大洪水实测资料,对花园口至夹河滩河段洪水演进过程验证,结果表明该方法模拟精度较高,能够利用该模型模拟复式河道大漫滩洪水过程。     

浅水流动阻力特性的试验研究

为研究浅水流动的阻力特性,专门设计了一个试验模型,其规模较大,测量设施齐全。通过多种流量和加糙条件的试验得出:加糙密度将直接影响水流的阻力,小流量时的阻力系数变化明显,随流量的加大,加糙的影响逐渐减弱;阻力系数随相对粗糙度的加大而增加,不受流量变化的影响;表面流速分布均匀,其平均值与断面平均流速相关性良好。     

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。     

圆形断面管道非满流流速计算表达式

工程实际中,常需要计算某一充满度下管道非满流的流量及流速。目前大多数计算模型均采用水力半径作为反映过流断面形状及几何尺寸的特征参数。针对不同充满度的研究结果表明,这种类型模型的计算结果与真实的流动特性并不相符,尤其当水深接近管顶时。根据水动力学基本原理及试验研究手段,对圆形断面管道无压均匀流流量-充满度非单一性进行了探索,并提出了以流量作为形状特征参数的更为合理且简单实用的水流流速计算表达式。     

复式河道滩槽交互区水沙运动机理

滩槽复式河道是冲积河流中最为常见的一种形态,也是河流动力学研究最为重要的内容之一。以复式河道概化试验数据和水沙运动的区域性特征为依据,在提出滩槽复式断面主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区以及边壁区4个分区的基础上,将水流流态最为复杂的滩槽交互区进一步划分为对数流速区（内区）和非对数流速区（外区）,通过引入描写动植物生长过程的S型曲线,提出了内外区分界线的确定方法。以滩槽交互区横向分布公式为基础,通过线性假定和积分变换,给出了滩槽交互区内断面平均流速和含沙量的计算公式,并对不同分区内的流速和含沙量的差异性进行了比较分析。     

二层测速方式超声波时差法测流参数自率定方法研究

为解决超声波时差法比测率定的难题,采用二层测速方式构建基于垂向流速分布的河流断面水平层流速与断面平均流速的转换数学模型,通过二个水平层流速的信息提取与流速分布模型参数识别,获取河流断面流速分布特征,进而完成流量计算参数的率定,实现水平层流速与断面平均流速的转换计算。通过湘潭水文站实例验证,水平层流速与断面平均流速转换模型计算的流量成果精度能够满足流量测验精度要求。     

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。     

复式断面水位~流量关系计算中曼宁公式不同形式的对比分析

以渭河下游华县水文站实测水位~流量点据为验证资料,对比分析单一河槽法、滩槽垂直分割法和全断面分割法三种不同形式曼宁公式在复式河段的适用性,结果表明单一河槽法及滩槽垂直分割法未充分考虑滩槽水流动量交换的特点,计算流量值在平滩水位处出现跳跃现象,不符合天然复式河段水位~流量关系的变化规律,而全断面分割法将断面分割为多股水流然后分别累加各子断面流量,计算成果基本反映天然复式河段水位~流量关系的变化规律,建议复式河段水位~流量关系计算采用全断面分割法。     

生产堤溃决后漫滩水流的概化模型试验研究

黄河下游主槽两侧修建的生产堤通常仅能抵御中小洪水,用于保护滩区农田与村庄安全;当遭遇大洪水引发生产堤溃决时,漫滩洪水会严重威胁滩区群众的生命财产安全。当前研究溃堤洪水的传播过程与演进机理多采用数值模拟,而原型观测及模型试验成果十分有限。通过溃堤漫滩洪水的概化模型试验,模拟了生产堤溃决后主槽内的水位变化及不同程度漫滩洪水的传播过程。试验结果表明:(1)溃堤后漫滩水流以涨水波的形式向滩区迅速传播,主槽内水位具有先降低,然后维持稳定,再升高,最后趋于稳定的变化过程,且溃口上、下游水位变化速率不同;滩区水位总体表现为持续升高,最后趋于稳定的趋势。(2)漫滩洪水波的波前到达时间主要与滩区地形及距溃口的距离有关,波前首先以溃口为中心呈近似对称式椭圆形分布,而后转变为非对称分布;溃堤水流在滩区传播过程中伴有水跃发生,水跃发生的位置由距溃口较远处逐渐趋向溃口位置。(3)溃口流量与溃口内外水位差直接相关,呈先减小、然后维持稳定、再减小最后为0的变化特性。研究成果不仅可以提升对溃堤洪水在滩区演进规律的认识,丰富溃堤洪水动力学理论,还可为数学模型验证提供实测资料。     

泥沙知识讲座 (二)水流和泥沙性质

输送泥沙的水流,有的汹涌澎湃,有的缓慢流动;有时不长不消,有时急涨猛退。性质各有不同,输沙能力也有差异。水位、流量、流速及其分布都不随时间而变的水流称为恒定流(稳定流),否则就是非恒定流(不稳定流)。自然河流中,恒定流是很少见的;或者流量在变,或者河床在变,或者流势在变。在流量不变时,水深、平均流速、流速分布均沿程不变的水流称为均匀流。在自然河流中,一般都是非均匀流。设水文测站的河段,要求尽量顺直整齐,没有扩大,收缩,拐弯、局部凹凸等,使水流尽量接近于均匀流。急滩、闸下、堰顶的水流多属急流,河道水流则     

植被发育斜坡土体大孔隙三维重构模型渗流场的LBM数值模拟

以云南昭通头寨植被发育斜坡土体为研究对象,结合CT扫描试验与数字图像处理技术实现了其三维大孔隙空间结构模型的重构。然后基于格子Boltzmann方法（LBM）的D3Q19模型,将固体土骨架视为渗流场边界,并设置反弹格式的边界条件模拟土骨架与水分间的相互作用,从细观角度研究了水在植被发育斜坡土体大孔隙中的渗流特性。研究结果表明：土体渗流过程中,在大孔隙纵向连通的通道内形成了优先流,且通道中的流速远超其他部位;而在封闭或者连通性差的大孔隙中导水率极小,流速几乎为0。土体中大孔隙通道内的流速由孔壁至通道中心逐渐增大,且流速与至通道中心的距离近似呈二次抛物线的分布特征。沿深度方向土体切片大孔隙率大的截面平均渗流流速Uz也较大,从整体变化趋势来看,截面大孔隙率与平均渗流流速有相似的变化规律,这充分说明植被发育斜坡土体内的大孔隙分布对土壤沿深度方向的渗流特性有重要影响。     

淹没丁坝群二维水流数值模拟新方法

为模拟淹没丁坝群平面二维水流运动,提出了淹没丁坝群二维水流数值模拟新方法并建立了数学模型。新方法的主要实施方案:① 将丁坝视为无厚度坝,用网格线概化丁坝;② 采用新的网格节点布置形式,即水深、流速节点布置于网格界面上,水位节点布置于网格中心,有别于一般交错网格节点布置。模型采用基于结构网格下的有限体积法对方程组进行离散,同时将淹没丁坝坝顶水深代入离散方程中进行求解。采用已有的水槽试验资料,进行了初步验证,模拟了长江下游东流水道已建丁坝群工程实施后河道的流场和水位场,结果表明计算和实测符合较好。     

沉积微相控制下储层分类评价及预测

鄂尔多斯盆地环西—彭阳南段地区长8段沉积以辫状河三角洲平原为主,其储层品质明显受沉积微相控制。基于岩芯观察、薄片观察、压汞及常规测井等资料分析,将研究区长8段划分为5个小层,并对其辫状河三角洲平原沉积储层特征进行了精细研究。结果表明,研究区主要发育分流河道、越岸、分流间湾三种微相,其中分流河道构成了主要的砂体骨架,呈南西—北东向分布。分流河道砂体物性最好,越岸沉积物性次之,分流间湾物性最差。与之相对应,研究区储层可划分为I、II、III、IV四种类型,其中储层质量最好的I型主要位于河道中部,质量最差的IV型对应分流间湾。试油资料也进一步证实沉积微相控制研究区储层质量的差异,基于沉积微相的平面展布可实现储层平面分布规律预测。研究成果可为后续沉积储层精细评价乃至油气勘探开发综合研究奠定基础。     

开敞水域中航槽流场的数值模拟

建立了一个模拟开敞水域中航槽流场的平面二维数学模型.利用该模型计算得到的流速分布与袁美琦、李安中等人试验值相吻合,并计算了相当于天然情况下(各种水深、挖深比及航槽与水流的不同交角)的流场,得到了各种航槽与水流交角、不同挖深比的航槽流速折减系数变化规律图,及各种航槽与水流交角、不同挖深比的航槽中流向与航槽轴线交角的变化规律图,为开敞水域中航槽选线设计提供了依据.     

基于等效渗流通道模型的地热尾水回灌理论模型

深层地热能是一种清洁环保的可再生能源,尾水回灌是深层地热可持续开发利用的重要保证,但目前国内地热尾水回灌还处在起步阶段,地热尾水回灌方案优化设计的理论模型尚不成熟。文章结合示踪试验,提出了基于等效渗流通道模型的热储参数反演与开采井热突破预测的完整理论框架。应用多孔介质溶质运移理论,修正了等效渗流通道中的溶质浓度解析解,并联合移动渐近线法提出了热储参数反演理论模型;推导了等效渗流通道中的对流传热解析模型,可对开采井中的水温变化进行预测。依托山东省德州市平原县魏庄社区地热对井示踪试验,应用该理论框架进行了示踪试验反演及开采井热突破预测,并对影响开采井热突破的主要因素进行了敏感性分析。     

杏北油田低弯度分流河道储层构型及其控制的剩余油分布模式

低弯度分流河道储层是杏北油田的重要储层类型,深入研究其储层构型特征对于油田调整挖潜意义重大。综合密井网岩心、测井和生产动态等资料,采用“层次分析和模式指导”的方法,分“复合河道和溢岸砂体、单期河道及其相互接触关系”两个主要层次开展储层构型精细解剖,构建了三维储层构型模型。基于密闭取心井、水淹层测井解释资料和生产动态数据分析了不同时期的水淹特征和剩余油分布,并通过基于三维构型模型的油藏数值模拟对剩余油分布模式进行验证,最终总结出不同储层构型控制下的剩余油富集模式。结果表明,在河道内,剩余油在顶部、边部、河道间夹层控制部位以下以及仅与低渗溢岸砂连通造成注采不完善的河道内部富集;在河道外,剩余油在河间物性较差的溢岸砂内、注采不完善的溢岸砂末端和孤立砂体内富集。     

采用RNG紊流模型计算静止环境中圆形负浮力射流

基于RNG方法的κ-ε湍流模型,运用混合有限分析算法对静止环境中圆形负浮力射流进行数值模拟。从射流的最大入侵高度、流速矢量图、温度等值线、湍动能等值线、横断面上的流速和温度分布以及轴线上温度变化等方面与有效的试验资料进行了较为全面的对比验证。两者的良好吻合表明,基于RNG方法的紊流模型和混合有限分析法的结合能较好地模拟变密度流动。     

海域岛隧结合区水流结构和沉管沉放过程水流力试验研究

港珠澳跨海通道由东、西人工岛实现桥隧过渡,海中隧道采用沉管法,沉管段总长5 664 m,从西人工岛开始布置E1—E33管节,标准管节长180 m,宽37.95m,高11.4 m,重约8万t。岛隧结合区受到人工岛挑流和基槽开挖水深突变的影响,水流结构复杂,沉管沉放时也会引起水流变化。沉管安全沉放和精准对接安装需掌握受到的水流力大小。利用宽水槽几何比尺为100的正态模型,开展岛隧结合区水流分布和沉管沉放过程水流力试验研究。结果表明:岛头无掩护措施时,岛壁挑流影响到E1管节中部附近,表、底层流速大于中层;E1管节沉放过程中纵向水流力最大可达4 601 kN,E2管节纵向水流力平均5 149 kN;掩护E1管节后,E1管节处流速大幅减小,E2管节中部受掩护体挑流影响最大,流速最大增加40%,中层流速大于表、底层;E2管节纵向水流力平均5 240 kN。当沉管完全入水后,基槽内流速较小,沉放过程中受到的水流力逐渐减小。岛隧结合区水流垂线分布并不是指数分布,受到岛头壁挑流的影响沿管节长度方向流速分布也不均匀,管段浮运水流力公式并不适用计算沉管沉放过程受到水流力的大小。     

Overbank sedimentation rates in former channel lakes: characterization and control factors

Overbank sedimentation rates were studied in former channels of three rivers in south-eastern France. Depth and spatial distribution of sediment, as well as geometry, hydrological connectivity and age of 39 lakes, were both measured and calculated. The mean sedimentation rate of lakes varied between 0 and 2·57 cm year⁻¹. Sedimentation rates are linked to water depth and often undergo a decreasing gradient from the downstream outlet to the inner part of the lake. Multiple regression modelling demonstrates that sediment depth is essentially a function of overbank flow frequency. The greater the difference between upstream and downstream overbank flow frequency, the faster the sedimentation rate. These differences in sedimentation rates also correspond to different former channel geometry: the rates are slower in narrow and straight channels (former braided, and point-bar backwater channels), and faster in large and sinuous channels (exhibiting meanders, anastomosing channels and coves). The suspended sediment flux is variable from one reach to another, the middle reach of the Rhône conveying more sediment than the upper reaches, the Doubs or the Ain reaches. The suspended sediment flux does not explain a statistical difference in lake sedimentation rates between the reaches, which also provide clear evidence of the importance of local connectivity controls. Sedimentation patterns were also complicated by temporal changes in lake connectivity associated with geomorphological or anthropogenic changes operating within the main channel.