坡面水流水动力模型研究

随着城市规模的快速增长,立交桥等陡坡道路建设过程中面临的积水问题越来越受到重视。为研究变坡水槽降雨径流的水力学特征,借鉴一维坡面流的基本方程,以 Roe 格式近似黎曼解方法为基础,建立了模拟自然降雨条件下不同坡度坡面流运动情况的数学模型,通过人工降雨实验验证了16 种工况下流速的拟合情况。实验结果显示,实测值和计算值之间的相对误差在0. 6% ～17. 4%之间波动,总体上维持在15%以内。计算值和实测值表明,坡面流速、水深跟降雨强度和坡度均成正比关系,符合实际情况。同时,两者之间表现出较好的拟合度,说明了该模型具备模拟坡面薄层水流的能力。     

DEM尺度对MIKE SHE坡面二维流模拟的影响分析

MIKE SHE的坡面流计算采用的是二维扩散波模型,这种算法下DEM中存在的“洼点”会对径流过程造成影响.针对黄龙带水库流域用100m DEM,用双线性插值转换为27m、50m、200m、400m的DEM,并建立5个尺度的模型,研究不同尺度下的洼蓄量、坡面径流过程.结果发现在尺度上推和下推的过程中,洼蓄量都减少,并且尺...     

地表条件对坡面产流的影响

本文将复杂地表条件对坡面流运动的影响概化为阻力的变化，运用运动波理论和修正的Green-Ampt入渗模型，建立了能够反映地表条件影响的坡面降雨入渗产流模型，数值结果与实验符合较好，运用该模型分析了植被、地形、坡长、坡度等地表条件对坡面产流过程的影响。     

一维二维水动力模型耦合的城市洪水模拟

城市洪水模拟通常包括城市内河流模拟和城区平面漫流模拟。一维水动力学模型可以较好地模拟河流和水工建筑物的水流特征,二维水动力学模型模拟水平漫流可以取得令人满意的结果。而一维二维耦合模型可以充分发挥两种模型的各自特色和优势,解决两种模型分别使用时经常遇到的空间分辨率和计算精度等问题。本文通过建立一维二维水动力耦合模型,针对不同的典型降雨过程,对该模型系统进行验证和分析,并最终用于模拟济南市不同重现期下洪水淹没情况。模拟结果表明,该模型能够有效地模拟复杂市区降雨积水过程,能够提供可信度较高的城市洪水潜在风险评估,可为城市防汛预警决策提供技术指导。     

溃堤洪水的二维水动力模型及其应用

为了减少堤防溃决造成重大的生命财产损失,加强防洪减灾非工程措施建设,建立了溃堤洪水的二维水动力模型,对溃堤洪水的精细化仿真模拟。该模型考虑了溃堤口门展宽变化,局部网格加密处理,并采用干湿水深理论与热启动技术对模型进行优化。将该模型应用于黄河内蒙段南岸灌区的溃堤洪水演进模拟,利用2008年杭锦旗奎素段实际溃堤数据对所建模型进行验证,结果表明:流场分布均匀且光滑,计算结果合理可靠,模型具有较高的计算精度及可靠性。采用该模型模拟了沙圪堵工程与奎素段堤防同时溃决的情形,并绘制了洪水风险图,为该地区防洪风险管理决策提供了重要的技术支持。     

坡面流水流流态的试验研究

为了研究坡面流的流态。采用有机玻璃床面试验水槽，进行了不同坡度（3°、5°、10°、15°、20°、25°）条件下，坡面水深为1．2～5．3mm的水流流量、流速的观测。在本次试验条件下，坡面流均为紊流流态。试验结果表明，坡面流表面流速采用谢才公式计算时，谢才系数计算式中水力半径指数为3／8，即C=（1／n）R^3/8。     

耦合地表水动力过程的管网排水模型研究

现今防洪排涝已成为城市发展亟需解决的重要问题之一,排水管网是支撑城市防洪排涝的重要基础设施,准确模拟其不同条件下的排水过程有助于检验管网排水能力。该文建立了地表水动力和排水管网的耦合模型,并采用了树状和环状两种典型管网结构作为验证算例,探明模型的计算效率及其适用性。模拟结果表明,所开发的模型对树状管网的流量过程模拟效果最好,环状管网次之。树状管网模拟结果与文献值的相关系数R~2为0.99,NSE为0.98,峰值流量计算误差小于1%;环状管网模拟的R~2为0.96,NSE大于0.9,环状管网模拟结果优于文献值。该文同时将模型应用于某小区排口流过程线的计算,模拟的三场降雨排口流量过程NSE值分别为0.79、0.92和0.72,表明该模型能够良好运用于城市管网排水过程的模拟。     

基于二维水动力模型的大型水库水源地保护区划分

为了科学确定大型水库水源保护范围,以引汉济渭工程黄金峡水库为例,通过构建二维水动力模型,模拟水库成库后库区流场,并耦合二维对流扩散模型模拟库区污染物的迁移转化,计算主要污染物降解所需的距离.结果 表明,污染物入库后,COD衰减至水源保护区相应水质标准限值所需距离约5km,氨氮衰减距离需7km.模拟结果可为确定大型水库水...     

植物茎秆影响坡面径流水动力学特性研究

为深入揭示植被覆盖下坡面流阻力的内在规律,在考虑植被段前壅高和段后水深的基础上,系统研究了植被茎秆覆盖度为32.32%时6个坡度和12个流量组合下坡面流的流动特性。结果表明:在植被茎秆覆盖度为32.32%条件下,当坡度小于6°时,坡度对平均流速影响与流量相当,而坡度大于6°时,坡度对流速的影响甚微;试验过程中,壅水区水深与平均水深均随着流量增加而增大,而尾水深则略有波动;植被阻力系数随雷诺数的增加而增大,而随弗汝徳数的增加而减小,这是植被的粘滞阻力和压差阻力相互作用的结果。该成果为进一步研究植被覆盖下坡面流水动力学特性提供理论依据,进而对水土流失治理及生态修复均具有一定的指导意义。     

坡面流阻力研究进展

主要从坡面流流态对坡面流阻力的影响、坡面流阻力与雷诺数的关系、降雨对坡面流阻力的影响、坡面流阻力公式4个方面对前人关于坡面流阻力的研究成果进行了总结。结果表明:坡面流流态的不确定性导致了坡面流阻力变化更为复杂;坡面流阻力与雷诺数之间并无良好单一的相关关系;降雨对坡面流阻力有很大的影响作用但具体影响机理并未有明确的结论;坡面流阻力公式表征仍用明渠水流概念及表达方式,并且3个阻力系数n、f、C哪个更适合表征坡面流阻力尚无统一的结论。进而对目前存在的问题进行了分析,对今后的发展进行了展望,认为需在研究方法和实验设备及量测技术方面有所突破,才可以更好的对坡面流阻力进行全面系统的研究。     

The experimental study of hydrodynamic characteristics of the overland flow on a slope with three-dimensional Geomat

The hydrodynamic characteristics of the overland flow on a slope with a three-dimensional Geomat are studied for different rainfall intensities and slope gradients. The rainfall intensity is adjusted in the rainfall simulation system. It is shown that the velocity of the overland flow has a strong positive correlation with the slope length and the rainfall intensity, the scour depth decreases with the increase of the slope gradient for a given rainfall intensity, and the scour depth increases with the increase of the rainfall intensity for a given slope gradient, the overland flow starts with a transitional flow on the top and finishes with a turbulent flow on the bottom on the slope with the three-dimensional Geomat for different rainfall intensities and slope gradients, the resistance coefficient and the turbulent flow Reynolds number are in positively related logarithmic functions, the resistance coefficient and the slope gradient are in positively related power functions, and the trend becomes leveled with the increase of the rainfall intensity. This study provides some important theoretical insight for further studies of the hydrodynamic process of the erosion on the slope surface with a three-dimensional Geomat.     

坡面流阻力研究进展

坡面流阻力的研究对了解坡面流水流特性、汇流过程、土壤侵蚀和坡面产沙机理都非常重要。本文分5个方面总结了坡面流阻力研究的最新进展:(1)坡面流阻力系数与雷诺数的关系;(2)光滑床面上的坡面水流阻力;(3)粗糙床面上的坡面水流阻力;(4)降雨对坡面流阻力影响的研究;(5)坡面流阻力的计算模型。综合前人研究发现,阻力系数与雷诺数在不同的条件下呈正相关或负相关关系;用叠加法计算不同条件下的坡面流阻力有其合理的一面,也有不足之处;粗糙动床条件下的坡面水流阻力计算模型更接近实际情况。最后,本文指出了当前坡面流阻力研究存在的主要问题和未来需要突破的主攻方向。     

沭河流域洪水预报的产汇流组合方案优选

针对沂沭泗流域洪水预报问题,选择沭河流域重沟站洪水事件为研究对象,评估了两种产流方法和三种坡面汇流方法的不同组合下洪水模拟精度。 结果表明,CN 曲线数法是研究区最优的产流计算方法,斯奈德单位线和 SCS 单位线均适用于该流域的坡面汇流;CN 曲线数-斯奈德单位线组合是沭河流域最优的产汇流组合方案,洪水预报精度达到乙级以上。     

柔性植被叶片近地表覆盖对坡面流水力学特性的影响

坡面柔性植被对坡面流水力学特性有着显著影响,进而对坡面侵蚀起着重要作用。以往的研究主要集中在完整柔性植被上,包括茎杆和叶片。为进一步探明近地表柔性植被叶片对水力学特性的影响,采用模拟坡面冲刷试验,研究了3种流量（0.5、1.0和1.5 L/min）、5种坡度（2°、4°、8°、12°和16°）、5种覆盖度以及2种覆盖类型下坡面径流的水动力学特征,以期揭示柔性植被叶片近地表覆盖对坡面土壤侵蚀特征的影响。结果表明：平均流速随柔性植被叶片覆盖度的增加而下降,流量与坡度的增加可减缓平均流速的下降趋势;雷诺数Re与佛汝德数Fr随柔性植被叶片覆盖度的增加而降低,佛汝德数Fr下降趋势明显,雷诺数Re下降趋势平缓。柔性植被叶片覆盖度和坡度对流态的影响相互制约;阻力系数随植被叶片覆盖度的增加呈增加趋势,覆盖物起到增阻作用;坡度变化引起阻力系数先降低后增加再降低的趋势,相同条件下横向不同覆盖度覆盖物的形态阻力在总阻力中占比更大。研究结果可为黄土高原坡面侵蚀及生态环境治理提供理论依据。     

坡面径流阻力计算模式对比研究

坡面流是污染物迁移、土壤侵蚀、泥沙输移的主要动力因素,阻力系数是影响坡面流模拟的重要参数。为比较三种阻力计算模式(阻力系数为常数、以淹没度为变量的Lawrence模型和阻力分割模型)在裸坡、砾石覆盖坡面、植被覆盖坡面三种常见坡面上的适用程度,本文建立了坡面降雨径流模型,对不同类型坡面的产流进行了模拟。坡面径流模型采用扩散波模型,坡面降雨入渗模型采用考虑坡度影响的Green-Ampt模型,当存在植被时,考虑冠层降雨截留损失。结果表明:在裸坡上,三种阻力计算模式均适用;而在有砾石覆盖和植被覆盖的坡面上,考虑阻力系数时空变化的阻力分割模型模拟精度最高。阻力系数对坡面径流流量的影响在坡面汇流的涨水与退水阶段较大,而在稳定阶段很小。对有植被覆盖坡面,降雨强度存在阈值,大于阈值时,不同阻力模式对坡面流模拟结果影响甚微;反之,需选择合适的阻力计算模式,且坡长越长,坡度越缓,降雨强度阈值越大。     

坡面流阻力规律试验研究

通过实验室人工隆雨水槽试验，初步研究了坡面浅层均匀流及由降雨形成的浅层沿程变量流的流动阻力规律，根据试验中观察到的物理现象及对实测资料的分析，进一步明确了坡面浅层水汉与一般明渠流水力特性的差别，揭示了降雨、坡度和表面粗糙度对浅层流流动特性的影响，提出了“伪层流”的概念，根据实测资料建立了不同流区的Ｄarcy-Weisbach阻力参数f的定量关系式，研究成果可用于坡面流汇流计算及土壤侵蚀、产沙模拟等生产实践。     

坡面汇流的试验研究

本文根据大量的室内模拟降雨汇流试验，分析了降雨强度、雨型、坡面形状、坡度及粗糙度等因素对坡面汇流的影响。着重探讨了雨强与洪峰流量及汇流时间的关系、雨型对洪峰流量的影响规律等问题，对坡面汇流的理论研究及小流域的径流计算都具有现实的意义。     

坡面产流模式的神经网络模拟

坡面产流是土壤本身特性与外界影响因素相互作用的结果，它们之间具有明显的非线性输入输出关系。在分析坡面产流和神经网络模型具有某些相似的基础上，利用径流站观测资料，建立了小流域坡面产流量的三层前向网络模型(BP算法)，并显示了具有较好的模拟预测效果。     

坡面流挟沙力计算公式及其评价

坡面水流挟沙能力的计算是土壤侵蚀过程中最为重要的一环,它是判别坡面是否发生冲淤的依据。本文总结了现有的坡面流挟沙力计算公式,并利用实验数据对各公式的适用性和局限性进行了评价。结果表明:Low和Abrahams公式只有在不考虑降雨的情况下可以较好地预测坡面流挟沙力;Shih公式虽然考虑了降雨影响,但只适用于特定的水力条件;Guy公式将挟沙力分为坡面流贡献和降雨贡献两部分,用实验数据重新率定参数后,能更好地预测坡面流挟沙力。此外,临界Shields数作为泥沙颗粒启动的判别条件在降雨影响下不再适用于坡面流。