深尾水消力池非完全宽尾墩消能试验研究

为解决下游深尾水工程中常规底流式消力池内由于消能紊动不足引起出池水流二次水跃、冲刷下游天然河床等一系列工程难题,结合物理模型和数值模拟对比研究平尾墩、常规宽尾墩以及非完全宽尾墩下游消力池内流场差异。研究结果表明:非完全宽尾墩利用平尾墩闸室与相邻宽尾墩闸室入池水流横向水位落差和纵向流速梯度,迫使雍高射流入池水流呈弧形横向扩散、碰撞,显著增强剪切紊动,促使消力池上游区域形成由底至表不断发展壮大的立轴旋滚,提升消力池内能量紊动耗散、降低出池水流流速,完全解决常规底流式消力池中易出现的二次水跃、消能不充分等问题。     

密松水电站泄洪消能体型优化试验研究

在1:60溢流坝表、中泄水孔断面模型上对密松水电站泄水建筑物的布置方案进行了泄流能力、流速流态、压力分布等相关水力学问题的试验,并通过十多个方案的比较优化,提出了基本可行的泄水建筑物体型和消力池型式。研究成果表明:表孔采用合适的宽尾墩形式,对增加消能率、缩短消力池池长有利,但无法消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象;表孔取消宽尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能时的池底板流速,同时消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象,达到较满意的消能效果。本文中十数个消能方案的研究成果,对类似工程的设计和科研均有参考价值。     

索风营水电站泄洪消能工设计研究

索风营水电站河谷狭窄,单宽流量大,泄洪消能布置较困难,通过各种消能形式比较及水工模型试验验证,采用新型结构形式--＂X＂形宽尾墩＋台阶坝面＋消力池的综合消能形式,水流流态和泄量均满足设计要求.通过调研、设计、施工和模型试验论述了这一新型消能工的优越性,为今后类似工程提供科学依据.     

宽浅陡槽水流动量分布特性及影响分析

对宽浅陡槽水流特性及其对下游消能衔接影响进行了试验研究。首先通过对浅层急流边界层的发展、掺气特点的分析探讨,得到了宽浅陡槽水流阻力损失比一般陡槽急流大许多的能量损耗特点及相应流速系数的范围值。分析了不同水流、边界条件下宽浅陡槽水流动量分布的特性,发现宽深比<40而流量较大时,陡槽末端呈“马鞍型”动量横向分布,具有较强的稳定性与抗干扰性;宽深比>40而流量较小时,陡槽末端呈“椭圆型”动量横向分布,这种态势缺乏对外界干扰的遏制能力,稳定性很差。指出,宽浅陡槽末端水流不稳定源于浅层急流断面动量横向分布缺乏强大的两翼控制,形成微小干扰累加递增作用,最终导致末端水跃的不稳与消能不充分,并提出了调整动量分布改善下游衔接水流稳定性的措施。     

某水电站表孔溢洪道消力池段结构优化的试验研究

通过对新疆某水电站表孔溢洪道的模型试验研究,发现在原设计消力池通过设计流量(30 a一遇洪水)1 856.2 m³/s时,消力池内水流波动剧烈,表现在池长和边墙高度均不能满足泄洪要求。因此文章通过对多种修改方案的试验研究,提出了在消力池内设置趾墩—消力墩—尾坎的方案四为最优修改方案。试验结果表明：方案四有效的改善了池内水流流态,同时缩短了池长、降低了池深,节省了工程造价,解决了下游冲刷问题,试验成果对于同类工程设计具有借鉴意义。     

控导浅层急流的潜没式三角翼体特性研究

宽浅陡槽水流试验研究表明,浅层急流的阻力大、稳定性差。当陡槽(B/h<40,h_k>1.04 m)末端水流呈"马鞍型"动量横向分布时,水流具有较强的稳定性;而当陡槽(B/h>40,hk<1.04 m)末端水流呈"椭圆型"动量横向分布时,就缺乏抗干扰能力,导致下游形成平面涡旋并挤压水跃。基于"介入式"方法,提出了采用潜没式三角翼体来调控浅层急流。利用三角翼对两翼底层水流产生的扰动产生两翼优势流,从而使水体能够抑制边界微小扰动的"多米诺骨牌"累加递增效应,提高了水流整体稳定性,改善了下游水流的衔接消能,效果良好。在此基础上,对三角翼体调控水流动量分布的机理进行了分析,探讨了三角翼体型设计原则及量纲一体型因子k的确定方法。     

高拱坝宽尾墩三维流场数值模拟

高拱坝表孔宽尾墩收缩射流水舌的扩散特性与其出口流速分布密切相关,为了求得收缩射流的水力特性,应用RNGk ε双方程湍流模型对高拱坝表孔不同体型及过流量条件下可能出现的降水曲线流态、急流冲击波流态、水跃壅水流态、缓流流态4种流态进行了数值模拟计算,水流自由表面的模拟采用VOF法,得到了溢流水面及流速分布。结果表明,无论在何种流态下,计算所得的水面曲线均与物理模型试验值吻合良好,所得的出口流速分布结构也验证了高拱坝宽尾墩收缩射流水舌不同流态下分散的机理。     

弯曲溢洪道挑流消能试验研究

为避免加剧弯曲溢洪道的不良振动,对弯道水流的挑流消能问题进行研究。通过试验研究的方法,提出了一种适用于弯曲溢洪道的新型挑流消能工,结合渠底超高法对弯道水流的干扰,使水流在质量力的作用下分流,有效降低和减小了回水的流量范围,增加了挑流水舌的纵向长度。通过对比两种不同凹岸边墙半径的弯曲束窄差动式斜切挑坎和弯曲连续斜切挑坎的回流、挑流和分流等特性,根据水流运动特性和流线的几何关系,提出了一种判断该新型挑坎发生回水的半理论半经验方法。研究发现高坎的收缩程度和凹岸边墙半径是影响分流和回水的主要因素,通过对高坎水流运动特性的分析,拟合流量、凹岸边墙半径与高坎折冲水流出流方向角γ的经验公式,推导了高坎分流临界角度γc的计算表达式,计算结果与试验测量结果吻合良好,可以为弯道水流挑流消能的工程应用和运行提供参考。     

推移质输沙对阶梯-深潭系统消能的影响

阶梯-深潭系统是山区河流上一种河床结构形态,具有稳定河床和消能减灾的作用。推移质运动会影响水流结构并改变河床形态,从而影响阶梯-深潭系统的消能效率。在野外构建阶梯-深潭系统,通过人工加沙试验,研究不同来水来沙对阶梯-深潭系统流场及消能的影响。研究表明,推移质运动使阶梯上紊动略增强,深潭中紊动大为减弱,从而使阶梯-深潭系统消能率降低。推移质运动的增强改变水流能量分配,其消能附加作用使阶梯-深潭结构消能降低和深潭淤埋。     

弯曲溢洪道挑流消能试验研究

为避免加剧弯曲溢洪道的不良振动，对弯道水流的挑流消能问题进行研究。通过试验研究的方法，提出了一种适用于弯曲溢洪道的新型挑流消能工，结合渠底超高法对弯道水流的干扰，使水流在质量力的作用下分流，有效降低和减小了回水的流量范围，增加了挑流水舌的纵向长度。通过对比两种不同凹岸边墙半径的弯曲束窄差动式斜切挑坎和弯曲连续斜切挑坎的回流、挑流和分流等特性，根据水流运动特性和流线的几何关系，提出了一种判断该新型挑坎发生回水的半理论半经验方法。研究发现高坎的收缩程度和凹岸边墙半径是影响分流和回水的主要因素，通过对高坎水流运动特性的分析，拟合流量、凹岸边墙半径与高坎折冲水流出流方向角γ的经验公式，推导了高坎分流临界角度γ_c的计算表达式，计算结果与试验测量结果吻合良好，可以为弯道水流挑流消能的工程应用和运行提供参考。     

渐扩散水跃跃长的研究

首先通过对作用于渐扩散水跃的压力分析,阐述了渐扩散水跃跃长总比非扩散水跃跃长短的原理。在此理论基础上,考虑边墙扩散角的影响,建立了渐扩散水跃表面质点运动方程,并结合动量方程和连续方程,推导出渐扩散水跃跃长的半理论、半经验公式。同时,引入非扩散水跃跃长经验公式,使渐扩散水跃跃长公式大大简化。其次,对该理论的局限性进行了分析,得到了该公式的适用范围。在该范围内,该公式能较好地吻合实验结果,从而该理论得以证实。最后对各家渐扩散水跃跃长经验公式进行分析归类,并推荐工程适用公式,以便工程运用。     

低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

低弗劳德数水流条件下,二级消力池是解决消能问题的一种有效途径。但至今为止,有关二级消力池的工程应用研究较多,而在体型参数和消能机理方面研究较少。为此,采用理论分析和物理模型试验相结合的方法,研究了低弗劳德数水流二级消力池体型参数及其敏感性。结果表明:消力池的长度、深度和尾坎高度等参数都存在界限值,超出界限值时第一级消力池易于产生波状或远驱水跃,而第二级消力池出池水面波动显著增大。池长小于界限值时,消力池池内流态恶化,消能率明显降低;尾坎高度越低,消波效果越好。优化后的二级消力池消能率明显提高,且二级消力池对尾水位的适应性也显著扩大。引入尾坎高度修正系数ωi,提出了各级池长和尾坎高度的计算公式。     

低弗劳德数水流二级消力池水力特性试验研究

针对低弗劳德数水流消能问题,在确定单级消力池和二级消力池体型的基础上,采用物理模型试验方法,分别研究了低弗劳德数水流单级和二级消力池的水力特性和消能结构特性。结果表明,在低弗劳德数水流条件下,二级消力池将原单级消力池出池水面较大波动区变成了适应区,对下游尾水位的适应区间显著增加,出池水面波动更小。同时,单级消力池内流线更加稀疏,流速梯度更小;消力池涡量大小明显低于二级消力池,而雷诺应力明显大于二级消力池;二级消力池内雷诺应力大小分区较单级消力池更明显,表面旋滚区明显大于底部旋滚区,水流更加稳定。相比单级消力池,二级消力池消能率显著提高,且有利于下游河床和岸边的防冲保护,工程应用更为有利。     

全吸力范围内渗透系数快速测定方法研究

非饱和土渗透系数函数跨越多个数量级,传统的测量方法动辄耗时数月,且难以实现全吸力范围内渗透系数的测量。为了实现全吸力范围内渗透系数的快速测量,将湿润锋前进法与瞬时剖面法相结合（简称联合测定方法）,利用自行研制的土柱入渗装置,开展了不同干密度条件下青海粉质黏土全吸力范围内渗透系数测量试验。试验结果表明：在联合测定方法中,湿润锋前进法适用于高吸力段（基质吸力ψ > 25 kPa）渗透系数的测量,瞬时剖面法则适用于低吸力段（基质吸力ψ ≤25 kPa）渗透系数的测量,且两种方法在吸力重叠范围内渗透系数测量结果基本一致。联合测定方法可将全吸力范围内渗透系数的测量时长压缩至一周左右,且精度良好。此外,还对两种试验方法的误差来源进行了分析与讨论。研究结果表明：联合测定方法能够实现全吸力范围内渗透系数的快速测量,有望使得非饱和土渗透系数的测量成为土力学的常规试验。     

微淹没圆形射流空化特性减压试验

空化空蚀和掺气减蚀机理的研究是高速射流研究的重要方面。在微淹没条件下,保证闸室面积与射流出口面积比不变,对设置门槽的有压矩形闸室后接圆管射流的突扩突跌消力池空化特性进行减压试验,其中跌坎高度S（5.5 m和4.0 m）和圆管长度L₂（L₂/d=2、1和0,d为圆管直径）。跌坎高度S从5.5 m降低至4.0 m,门槽及圆管射流出口处消力池边墙发生空化的可能性变化仅10%。圆管长度L₂/d=2和0时门槽发生空化的可能性比L₂/d=1时高出40%~60%;而L₂/d=0时圆管射流出口处边墙的空化可能性比L₂/d=1时可高出260%,L₂继续增加对空化特性的不利影响有限。增加跌坎高度S有利于水流掺气,为达到良好的掺气减蚀效果,不宜过低。因此,跌坎高度S对门槽及圆管射流出口处消力池边墙空化特性影响较小,而圆管长度L₂对其空化特性影响较大。     

恒河-雅鲁藏布江流域雪线场的建立及其环境意义

利用冰川编目最新数据资料,计算恒河-雅鲁藏布江冰川平均高度(H_me)与测量雪线(ELA_h)之间的回归方程,发现冰川系统越大,样本数越多,则相关性越好,从而建立大系统的回归方程计算系统内所有冰川样点的计算雪线高度(ELA_hc).对所求得的ELAhc采用10’×10’的格网覆盖区域,对格网内样点的经纬度和计算雪线高度进行算术平均,用Kriging插值生成一定间隔的雪线分布图,即雪线高度场.把所得结果与该区域已有研究对比,发现它除具有共同的基本规律外,还更能体现出西藏南部雪线场的详尽分布规律,如全流域从下游向上游按照平均雪线高度的大小可以分为4个区,不同区域的雪线分布反映了影响区域雪线分布的主导因素.此方法可应用于其它已进行冰川编目的地区,也可建立不同尺度的温度场、积累场、降水场等冰川特征值场.     

水平多股淹没射流水力特性及消能分析

针对不能采用挑流消能型式的大型水电工程,提出了多股多层水平淹没射流新型消能型式.它是利用与下游消力池底板具有一定高差且基本平行的多股射流进入消能水体的中间,在每一股射流的四周形成强剪切并各有一个较为稳定的三元紊动旋滚的水平多股淹没射流进行消能.对该消能方式的水力特性和消能特性进行理论分析,推导出三元水平多股淹没射流水力参数计算公式,计算结果表明它是一种流态稳定、适应性强、低雾化、高消能率,有利于降低临底流速的新型消能方式.     

水力联系系数法定量评价含水层之间水力联系

为了定量研究与评价含水层之间地下水水力联系程度,首次提出了水力联系系数C（hydraulic connection coefficient）的概念。将水力联系系数C定义为观测孔目的含水层水位降深与该观测孔位置抽水含水层水位降深的比值。通过水力联系系数,可定量评价某含水层水平上同层之间和垂向上不同含水层之间的水力联系程度。依据鄂尔多斯盆地白垩系洛河组各含水层段的水力联系系数C值,将含水层之间水力联系分为5个等级。其中,0.000 0 ≤ C<0.062 5,0.062 5 ≤ C<0.125 0,0.125 0 ≤ C<0.250 0,0.250 0 ≤ C<0.500 0,C ≥ 0.500 0,分别代表水力联系等级为极弱、弱、中等、强、极强。以高家堡井田钻孔抽（放）水试验数据为例,采用水力联系系数和观测孔水位响应时间两个指标定量评价了区内巨厚层状非均质洛河组含水层内部水力联系。结果表明：洛河组中上段水平同层之间的水力联系系数分别为0.373 0、0.413 8,观测孔水位响应时间较短（约为5 min）,水力联系强;洛河组下段水平同层之间水力联系系数分别为0.440 1、0.491 1,观测孔水位响应时间较短（为9~20 min）,水力联系强;洛河组中上段与下段垂向水力联系系数分别为0.000 2、0.007 2、0.089 7,观测孔水位响应时间较长（大于60 min）,水力联系极弱至弱。     

金顶超大型铅锌矿床角砾岩分形研究及地质意义

前人研究提出金顶超大型铅锌矿床发育出了多种角砾岩,其成因与盐底辟作用有关。文章对这些角砾岩进行了分形分析,确定了不同角砾岩的角砾形态分维值D_r和粒径大小分维值D_s,来进一步探讨角砾岩的形成过程。其中,D_r表征形态复杂性,可指示角砾迁移距离长短或后化学作用改造情况,D_s表征角砾破碎情况,指示形成角砾的能量大小。研究表明,金顶矿床中一部分角砾岩为蒸发盐或膏砂近原位底辟、破碎灰岩围岩形成,它们具有较小的D_r和D_s值。与这些角砾岩空间过渡的层状砂质胶结灰岩砾角砾岩(或称层状含灰岩角砾砂岩),为蒸发盐而非水流体携带灰岩角砾流出地表,并进入含水沉积系统后形成,角砾未经历水流体搬运、磨圆,具有较小的D_r和较大的D_s值。另外一部分角砾岩为蒸发盐和砂泥质底辟破碎围岩,并共同迁移了一定距离而形成,但总体未发生长距离的迁移,随后进入地表沉积系统中。上述部分角砾岩还经历了形成后的流体交代溶蚀作用,导致D_r值变大。本研究显示,在盐底辟有关铅锌矿床内,赋矿围岩包含多种由不同底辟过程形成的角砾岩。