河堤决口水力特性及堵口技术

根据长江、黄河决口实例以及溃坝试验成果,分析河堤决口处的水力特性。介绍了不同土质、水深、流速、河水含砂率及周围环境条件下河流的河段的决口,宜采用的不同的堵口结构、程序及工程技术措施,以达到快速堵口、安全施工的目的。     

溃坝典型水流水力特性试验研究

黏性土坝漫顶溃决是一个水、土二相耦合逐渐发展的过程,涉及水流冲蚀主动力和坝体材料被动抗力的综合作用。立足当今世界溃坝研究的前沿理论,借鉴以往现场原型试验相关成果,对土坝溃决过程进行了宏观阶段划分,并在此基础上开展专门的水槽试验,采用PIV技术对表面冲刷水流和陡坎冲射水流的精细水流结构进行了详细研究。试验获得了两种典型水流的几何特性及相关水力特性,总结分析了各水流结构对坝体的冲蚀作用机制。相关成果的获取可从本质上对黏性土坝陡坎溯源冲蚀机理进行理解和掌握,亦可为数值模拟及其他溃坝研究工作提供技术参考。     

马蹄形断面隧洞各水力要素的求解

汾河水库的泄洪隧洞横断面原采用马蹄形。作者利用马蹄形断面内的几何关系，对马蹄形断面的各水力要素进行数学求解。求出了在各种水位情况下，马蹄形断面隧洞各水力要素的数学表达式。即水面宽度Ｂ、过水断面积Ａ、湿周ｘ、水力半径Ｒ的数学表达式。为马蹄形隧洞的水力计算提供了方便。表达式仅适用于上半部拱半径为ｒ，下半部底拱、侧拱的半径为２ｒ的马蹄形断面隧洞。     

几种渠道最佳水力断面求解探讨

本文对矩形、梯形、复式、 Ｕ 形、圆形五种常用渠道断面形式，采用基本计算公式，推导最佳水力断面的计算程序，应用计算机进行求解，提高工作效率，缩短设计周期。     

圆形断面排水管道水力特性探讨

圆形断面管道在工程中的应用十分广泛。排水管道设计中,常需要计算某一充满度下非满流的流量及流速。根据水动力学基本原理及数学分析方法,提出了充满度与流量比、流速比的统一解析表达式,并对圆形断面管道流独特的水力特性进行了研究分析。采用试验手段,进一步对圆形断面管道无压均匀流流量—充满度的非单一性、水深—流速关系进行了分析研究,进而提出了更为合理的表达式。     

溃坝水力特性的一个新数学模型及其通解

在棱柱型河槽瞬时全溃条件下，溃决口前后的水力学量具有某种内在联系，类似于流体力学层流边界层中有相似性解的一类问题，对任意形状决口溃坝问题，其解也具有相似特征，在层流边界层有相似性解的一类流动中，求解的偏微分方程可化为常微分方程，而对溃坝的求解，而可以通过数学方法，减少未知量的数目。     

明渠水力最佳断面的极值特性探讨

定床渠道是指渠道边界固定,即：渠道中水流是清水且渠道边界物质的起动流速大于渠道中水流流速或人工衬砌的渠道。关于定床渠道的水力设计一般采用水力最优断面及在此基础上改进得到的实用经济断面。结合水力最优断面的定义、水流运动方程（即阻力方程）和水流连续性方程,可以得到水力最优断面的水力设计参数。     

标准Ⅰ型马蹄形断面水力特性的研究

为研究标准Ⅰ型马蹄形断面正常水深、弗劳德数和收缩断面水深的计算方法,根据明渠均匀流理论、明渠恒定非均匀流理论和能量方程,分析了标准Ⅰ型马蹄形断面的水力特性,提出了3种工况下的正常水深与流量关系、弗劳德数,以及2种工况下收缩断面水深的迭代计算公式,并通过算例给出了解题过程。研究成果计算简单、精度高,可以应用于实际工程。     

不同断面形态河槽阻力特性试验

阻力相似是河工模型关键问题之一。本文通过水槽试验分别对偏V形断面和矩形断面明渠加糙后的阻力特性进行对比研究。研究结果表明:在阻力平方区,偏V形水槽加糙后随雷诺数增加阻力变化很小,对于矩形水槽加糙后随着雷诺数增加阻力有略微减小的趋势;当雷诺数为10000时,矩形断面加糙后其阻力明显大于偏V形断面加糙后的阻力,随着雷诺数增大两者阻力趋于相同值。     

堤防决口封堵的水力学特性

堤防决口抢险需以水流水力学特性为依据,封堵方法亦直接影响其封堵效率。首先对决口水流遇障碍物的洪水演进过程进行模拟,将水深计算结果与Biscarini等的试验数据进行对比,结果吻合较好,验证了数值模型的可靠性、准确性。以上饶市某一河道为例,基于FLOW-3D软件建立了堤防决口水流模拟的三维数值模型,对立堵法、平堵法封堵决口进行数值模拟,得到封堵过程中决口附近水位场和流速场分布规律。数值模拟结果显示:该堤防决口进口附近立堵法、平堵法块石前水位壅高明显,流速增大,最大水深分布在决口靠右位置,最大流速分布在决口靠左位置。根据决口附近流速分布规律,封堵时建议先对左侧决口堤脚进行裹头处理,而后可考虑采用大粒径块石单体抛投以降低流速,再采取群体抛投方式进占合龙。所用模拟方法和数值模型可为堤防抢险及制定堤防决口封堵方案提供参考。     

复合断面渠道水力最佳断面的选择

根据水力最佳断面基本概念,推求复合断面渠道水力最佳断面的计算公式,把公式运用到实践,达到工程经济合理的目的。     

最优水力断面的选择

水利建设中的输水工程,如供、排水渠道,渡槽,涵洞、隧洞等,常采用梯形和矩形断面,这些工程往往数量很大,投资很多。所以,如何选择最优水力断面,使这些工程以较小的工程量和投资,而能通过较多的水量是设计工作中值得研究的课题之一。     

抛物线形断面最优水力参数及方程指数计算方法

针对目前抛物线形断面最优水力参数及抛物线方程指数计算尚没有比较系统研究成果的问题,通过对该种断面均匀流方程的变形整理及近似积分计算,得到了抛物线方程指数一定情况下明渠过水断面最优水力参数的简化计算公式,并通过对简化公式的进一步分析整理,给出了当渠道其他参数(流量、比降及糙率)一定情况下抛物线形断面的最优方程指数为3.35。精度分析及算例计算结果表明:最优水力参数的提出将为该类断面的进一步优化设计提供可靠依据;最优抛物线形断面比其他水力最优断面经济指标更好。     

基于复式断面河道水力特性的分区 防护设计研究

本文建立三维紊流数学模型，通过算例验证了其合理性。根据复式断面河道水力特性计算结果，从流速梯度和紊动能等方面分析了河道横向各区域水流冲刷特性。研究表明各区壁面附近冲刷强度存在明显差异，指出复式断面河道内，受主流影响较大的河道主槽区域和坡坎拐角等壁面区域是重点防护区域，进而提出复式断面河道分区防护的观点。     

断面形状对虹吸式出水流道水力特性的影响

应用考虑气体可压缩性VOF模型对3种不同断面形状的出水流道虹吸形成过程进行了数值模拟,并搭建了试验平台加以验证,从流速分布、水力损失、虹吸形成时间三方面分析了断面形状对虹吸式出水流道水力特性的影响.结果表明:模拟结果与试验结果有很好的一致性;虹吸式出水流道的沿程截面形状对其水力特性影响很大,合理设计的渐变断面能使流道典型断面流速、压力分布均匀,有额外的局部水头损失;方管的排气能力较圆管更佳,圆管具有更小的水力损失.     

最佳水力断面渠道的计算

最佳水力断面的渠道计算公式为:Q=ωC(Ri)~(1/2)……(1)式中:Q—计算流量;ω—过水断面;C—谢才系数;R=ω/x—水力半径;R=ω/—水力半径;x—湿周;i—渠底坡降。     

U形断面的水力设计

明渠的过水能力与明渠的底坡、糙率以及断面形状和尺寸有关。因此在明渠底坡和糙率已确定的条件下,明渠的过水能力则取决于断面的形状和尺寸。一、U 形水力最佳断面设计渠道断面时,要求工程量小,投资少,即在流量 Q、底坡 i、糙率 n 相同的条件下,应使过水断面面积ω最小,或在面积ω、底坡 i 和糙率相同的条件下,使通过的流量 Q 最大。满足上述条件的明渠断面称为水力最佳断面或水力最经济断面。     

圆弧底渠道断面的水力近似计算

以圆弧底渠道断面为例,对圆弧底渠道的水力计算公式、水力近似计算原理,断面水力近似计算等内容进行了分析阐述。     

明渠水力最佳断面的比较

本文从水力学角度推导了Ｕ形、悬链线形及抛物线形明渠的水力最佳断面，用ｎＱ／√ｉ的函数形式表示各种渠道的最佳水力断面 断面面积、湿周和水力半径，通过与工程中较常采的梯形及矩形渠道断面比较得出：明渠水力最佳断面按优排序为Ｕ形、悬链线形、抛物线形、梯形（ｍ＜４／３、矩形、梯形（ｍ＜４／３）．     

局部断面收缩的溃坝水流三维数值模拟

为研究局部断面收缩对溃坝水流传播的影响,采用压力隐式算子分割法求解雷诺时均方程和RNG k-ε紊流模型,建立了模拟三维局部断面收缩情况下溃坝洪水演进过程的数学模型。采用有限体积法对溃坝水流的控制方程进行离散,利用流体体积函数法处理自由水面,物理变量采用交错网格布置,对局部断面收缩溃坝水流进行数值模拟计算,模拟结果与实体模型试验结果吻合较好。利用该模型研究了溃坝洪水负波的形成和传播过程,得到了负波形成和传播的规律以及溃坝水流的水位变化特征。