海底输油管道底砂床冲刷机理研究

设计了海底输油管道水槽冲刷试验模型,研究了海底输油管道与砂床处于不同相对位置情况下床砂起动流速的变化,采用理想流体映射定理对其进行了理论分析,探讨起动流速变化规律。结合有限元数值模拟对试验进行细化分析,研究了海底管道底砂床砂粒起动的产生机理,根据研究结果将冲刷过程划分为五个阶段。阐明了海底管道暴露冲刷的危害性和实时监测的重要性。     

淤泥质潮流深槽最大冲刷深度的一个概念模型

以概念模式方法计算了淤泥质潮流深槽的最大深度,探讨了涨落潮流速、涨落潮历时、深槽淤泥质物质粒径、深槽顶底部原始深度、水道长度等因素对潮流深槽最大深度的影响。概念模式的假设条件是:(1)深槽形态为长方体,底部纵向坡度为0;(2)沉积物粒径无垂向变化;(3)只考虑潮流作用的影响,涨、落潮流速在时间序列上呈正弦分布;(4)不考虑细颗粒物质的粘性和絮凝作用。模拟结果显示:(1)涨、落潮历时对深槽最大深度的影响很小。(2)优势潮流流速与最大深槽深度之间存在着幂函数关系。(3)深槽的底质粒径、深槽的长度均与最大冲刷深度呈正相关关系。(4)深槽顶部水深与最大深度呈负相关关系。(5)由于潮汐水道深度与潮流流速和沉积物侵蚀强度之间具有负反馈关系,因此水道冲刷存在着一个极限,即最终可以达到均衡状态。潮流深槽的均衡态特征和达到均衡态所需的时间可运用沉积动力学方法来确定;同时,若应用深槽的真实参数,进一步减少模型的假设条件,可望使该模型具有实际的应用价值。     

海底管线冲刷悬空及其抑制技术研究综述

海底管线作为海洋工程的重要组成部分,其安全性受到广泛关注。本文简单回顾了国内外学者通过物理实验、理论分析与数值模拟等方法研究海底管线冲刷悬空及防护问题的成果,并对工程中应用较广泛的防护方法的优缺点进行了简单对比,为该领域的进一步研究提供参考。     

非稳态地下水流系统响应降雨变化的数值模型研究

区域地下水流系统的发育受地质、气候和地形多种因素的影响。以往的地下水流系统研究主要探讨了地质、地形和稳态气候条件下所形成的局部、中间和区域流动系统的组成特征,对非稳态的地下水流系统认识不足。聚焦于研究地下水流系统对降雨变化的动态响应规律,使用HydroGeoSphere构建了剖面二维地下水地表水耦合数值模型,模拟在降雨的周期性和随机性叠加动态驱动下非稳态渗流场形成的地下水流系统。模拟结果表明,各层级流动系统的空间范围都会随着降水波动而发生变化。局部地下水流系统在雨季并非都处于扩张状态,在旱季也并非都处于收缩状态。各个局部流动系统的同时刻穿透深度之间可能具有无关、正相关或负相关关系,这取决于各个局部流动系统响应降雨变化的滞后性。中间流动系统在非稳态条件下非常活跃,其排泄出口、补给入口和循环路径随时间变化,并强烈影响局部流动系统。通过5种不同含水层参数和降雨情景的模拟对比,发现地下水流系统的滞后性和穿透深度的相关性对含水层各向异性特征较为敏感。下一步,需要更加深入地研究地下水流系统在季节尺度、多年乃至跨世纪时间尺度气候波动过程中的非稳态响应规律。     

台阶式沉井等效墩宽计算方法探究

桥梁工程中存在形状各异的桥墩,在研究不同截面桥墩的局部冲刷特性时,桥墩尺寸的定量描述非常重要。以台阶式沉井结构为研究对象,梳理并分析了国内外相关等效桥墩宽度计算方法,发现各类公式本质上为计算不同条件下的桥墩平均阻水宽度。开展了台阶式沉井局部冲刷试验研究,基于试验数据对比分析了各类等效墩宽计算方法的计算结果,发现Melville和Raudkivi的等效墩宽计算公式能够较好地估算考虑动床条件下台阶式沉井的平均阻水宽度;进一步收集了国内外193组台阶式沉井类结构的局部冲刷试验数据,数据集统计分析结果显示Melville和Randkivi的等效墩宽计算公式能够较为准确且保守地量化大多数台阶式沉井类结构的截面非均匀性;最后基于数据集冲深墩宽比统计结果对该公式近似方法的合理性进行了讨论。     

小流域水沙耦合模拟概念模型*

小流域水沙耦合模拟概念模型,采用文献[1]、[2]和[4]中提出的概念性坡面产沙、沟蚀产沙、坡面汇沙、沟道汇沙和格林-安普特下渗曲线结构,结合水文学中的概念性汇流计算方法,构成了一个完整的、具有明确物理意义的流域水流、泥沙耦合模拟模型.该模型结构简单,经子洲试验站团山沟三试验场和蛇家沟、团山沟、水旺沟三试验小流域实测资料的模拟检查表明,模型结构合理、效果较好,适合于黄土地区流域.