南通平原河网水系特征与保护研究

水系在平原河网地区防洪除涝、水资源供给、水环境改善等方面功能作用巨大。从南通河网的形成过程入手,深入研究水利分区,分析论证河道结构特性,以期更好的把握本地区河网规律,完善水网布局,提高河网的综合效益,对平原河网地区的水利规划、建设、保护与管理具有指导意义。     

不对称水流的数值模拟与试验研究

在现有研究成果的基础上，对闸站平面不对称布置枢纽上下游水流流场的数值模拟方法进行了探讨。采用水深平均的二维水流方程可以较好地复演枢纽上游断面突缩和下游断面突扩的流速场。能贴合工程实际需要，并通过对概化模型的数值计算和物模验证，运用正交实验理论，通过量纲分析，得到处理闸站结合处导流墙的经验公式。     

壅水条件下水流阻力试验研究

壅水条件下的水流阻力及输沙特性,在水利工程的应用中占有十分重要的位置。对壅水条件下河道开展概化水槽试验,采用声学多普勒测速仪ADV对水流流速进行了测量,并对壅水条件下水流阻力和床面切应力等进行了分析。结果表明壅水条件下,水流流速沿垂线分布较均匀流条件下更加均匀,当壅水程度越大时,水流流速沿垂线分布越均匀,且流速分布大致上仍服从对数率分布;壅水条件下,随着水深的增大,摩阻流速不断减小;壅水条件下河道水流阻力系数随着非均匀系数及水力半径的增大而增大;引入壅水程度指标,并拟合得到了床面切应力随壅水程度指标的变化关系式。成果可为壅水条件下水流结构特征及输沙规律的研究提供参考。     

基于水文水动力模型的平原地表水资源研究

区域水资源量是水资源精细化管理的基础,研究地表水资源量、科学制定水资源规划迫在眉睫。然而,平原河网区水流流向、流态随机性大,水量交换关系错杂;同时缺乏径流资料,使得计算平原河网区地表水资源量成为难题。因此,以典型平原河网区泰州市海陵区为研究对象,将下垫面概化为水面、水田、旱地和城镇建设用地4类;基于下垫面资料、水文气象资料和河流水系资料,构建了海陵区水文水动力耦合模型,对该区域的本地地表水资源进行模拟研究;最后计算出海陵区地表水资源量为13 601万m~3,并得到验证期模型模拟的纳什效率为0.77,相对误差为8.63%,拟合较好。     

青田水利枢纽通航水流条件试验研究

青田水利枢纽虽位于瓯江较为顺直的河段,但受支流、潮汐及下游河道收窄的影响,建成后枢纽通航水流条件较为复杂。基于水工整体物理模型试验,对青田水利枢纽建成后的通航水流条件进行了模拟研究。模型试验研究表明,枢纽及主要通航建筑物布置基本合理,但设计方案在运行中容易出现斜流问题,尤其是在中、小流量情况下,从而影响到船舶安全进出引航道,导致通航保证率得不到保障。试验采取调整导航墙及航线等措施,对原方案进行了优化,最终提出了航道及通航建筑物的推荐布置方案,以及最大通航流量。同时对支流入汇、潮汐影响等问题进行了研究,探讨论证了在推荐布置方案及控制流量下的通航安全性。     

贵港二线船闸下引航道物理模型试验研究

引航道及口门区通航水流条件一直是多线船闸并列布置中十分重视的问题,如布置和运行控制不当,容易导致相关安全问题。建立了1:100的贵港枢纽下游及船闸引航道物理模型,研究贵港二线船闸的布置方案及其对引航道和口门区水流条件的影响。结合贵港枢纽的特点,分析枢纽不同泄流条件下,二线船闸原布置方案中引航道、一线船闸停泊段及口门区的流速大小,得到影响船闸引航道水流条件的控制工况;在此基础上,提出了优化布置方案,对不同布置长度及透空方式下引航道的水流条件进行了对比分析。根据研究成果,推荐二线船闸下引航道内采用隔流墙,布置长度为135 m,底部不透空或透空高度小于0.50 m的方案。研究成果为贵港二线船闸的优化设计提供了参考。     

银盘水电站引航道水力学设计与试验研究

银盘水电站坝址地形条件十分复杂,通过比较不同的隔流堤长度、枢纽调度方式下的引航道口门区通航水流条件以及船模试验验证,分析探讨了不同泄洪方式及隔流堤长短对下游引航道口门区通航水流的影响.提出了合适的隔流堤长度及枢纽运行方式.模型试验成果表明:在最大通航流量下,短堤方案口门区通航水流条件要好于长堤方案,船模试验也证明,船舶上、下航行指标能满足船队进出口门航行条件的要求.     

基于水动力模型的平原河网引补水研究

对于平原河网而言,由于河道无长期径流补给,河道流动性一般较差。为提升河道流动性,保障河道自净能力,引水补水是必要手段之一。以南京市河西北部地区为例,通过构建区域河网一维水动力学模型,分析河道新增补水点位的流量分配,并对河道补水效果进行模拟。通过改变河道引补水模式,保障各条河道流量流速。     

基于MIKEⅡ的平原河网洪水演进水动力研究

随着计算机技术的不断发展,水动力学模型在水文预报等领域逐渐推广应用。采用一维非恒定流水动力学模型,应用MIKEⅡ计算软件建立水动力学数学模型,对整个瑞平水系区域河道现状水力条件进行分析,利用区域内水文站实测数据进行模型的参数率定和验证,模拟流量、水位值与实测数据相比,误差在0.5%～1.4%左右,吻合度较高。利用建好的水动力模型,对瑞平水系主要河道内的流量及水位的变化情况进行了模拟计算,结果表明,昆阳镇现状防洪排涝标准基本达到50年一遇规划标准;万全、榆垟、宋埠各镇区现状防洪排涝标准基本达到20年一遇规划标准;平原农田区现状防洪排涝标准也基本达到10年一遇的规划标准。     

水流交汇区的水动力学特性数值模拟

为开展水流交汇区污染物浓度分布研究,进行水流交汇区水动力学特性的数值模拟,建立适用于水流交汇区的水气两相流数学模型。模型采用Weber试验数据进行验证,验证结果表明模型模拟的自由水面、流场与试验结果吻合较好。针对交汇区浓度分布试验的研究需要,模拟分析了不同交汇角、流量比和动量比对交汇区水动力学特性的影响。研究结果表明:分离区的范围随交汇角、流量比和动量比的减小而逐渐缩小直至分离区消失,交汇角、流量比和动量比越小,交汇口上游水位的壅高及分离区内水位的下降程度越不明显。     

交汇口支流水动力特性数值模拟研究

城市水工建筑物多建于穿城而过的小型支流中,有着为城市防洪抗旱,美化城市水环境等重要作用。运用RNG k-ε紊流模型对明渠小型支流河口进行了数值模拟,采用VOF方法处理自由表面,分析了与大型河流交汇处不同形态小型支流的水位、流速、紊动能耗散率和床面剪切力等水流特性。结果表明:支流流量和支流上游河道走向是引起水流特性改变的重要因素。研究成果可为城市汇流口小型支流河道水工建筑物的设计建造、河道整治提供参考。     

河流交汇分离区特性研究

该文采用k-ε双方程模型模拟流场,选用VOF模型模拟自由面,依据物理实验条件对交汇式河流进行了三维数值模拟,成功模拟出了分离区的出现、分离区的几何尺度、交汇区域的水位变化等现象.数值模拟结果与应用声速多普勒流速仪(ADV)测量的试验结果吻合较好.研究表明:在汇口下游主流右侧出现分离区,分离区流速较小甚至出现回流现象,分离区的形状随着入汇角的减小而变得狭长,分离区的尺寸随着入汇角度和汇流比的增大而增大.本模型不仅对排污口的设计、河道治理等具有重要指导作用,还可进一步用于研究交汇区域的污染物扩散.     

风生流水动力特性试验研究

从以往对太湖和其他浅水湖泊的研究来看,水流走向主要受湖泊表面的风向支配,主要运动形式是由风驱动而形成的风生流。为了研究浅水湖泊风生流的基本特性,构建了一套模拟风生流的水槽试验装置,模拟了15m/s风速下的风生流,并采用高采样频率PIV系统对风生流水动力特性进行了精细的测量,获得了风生流的垂向流场信息。试验表明该系统测量结果符合风生流的形成规律,具有模拟风生流的能力。通过不同流程处、相同风速下风生流时均流场、水平流速、涡量、紊动切应力和紊动强度垂线分布的对比,分析了风生流的水动力特性。风生流水槽试验的结果可以为今后进一步深入研究浅水湖泊风生流提供基础数据。     

水动力模型在平原感潮河网地区的研究与应用

根据平原感潮河网的水力特性，研究复杂河网非恒定流计算问题，利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算，并利用2005年“麦莎”台风实测水文资料对模型做了检验。验证结果表明，建立的水动力数学模型是可行的，可以用于平原感潮河网地区的水力计算。     

明渠交汇口三维水力特性试验研究

支流汇入主流后，在交汇口下游附近形成复杂的流动现象，对于确定渠道有效过流断面、泥沙及含有物质输移及淤积、渠底及边壁冲刷等产生重要影响。本文目的在于采用试验手段探索干支渠交汇口的三维流动结构。在一个矩形断面且等宽、45°交汇的半封闭自循环水槽中，应用五孔毕托球对明渠交汇口三维流动特性进行了试验研究。试验结果表明，对于给定交汇口形状及尺寸，分离区形状基本保持不变，尺寸随主支渠流量比变化并具有较好的相关关系；在和主渠轴线正交的横断面上交汇水流存在横向分速，水面附近横向分速指向交汇口对侧固壁，临底附近横向分速指向交汇口一侧。对于流量比较大的汇流流动，断面环流是交汇口水流三维流动的一个重要特征。     

升船机承船厢水动力特性试验研究

对卧倒门在不同工作试上承船厢内的水动力特性及船舶停泊条件进行了物理模型试验，介绍了卧倒门启闭过程中承船厢内的水力特性和动力特性。运用回归分析法，得出了承船厢内水面最大升降值和船舶停泊条件的经验计算式。     

基于水动力河网模型的引江泵站规模论证研究

以江苏省南通市引江供水区为例,建立了水动力河网模型,论证了新建泵站的必要性和泵站规模。研究结果表明:仅靠目前五大引水闸自流引江不能满足规划用水的要求;泵站规模越大,抽水量越大,但泵站规模大于180 m~3/s时,内河最低水位的抬高会导致水闸自流引江时间、引水量相应减小,而自引、抽引总水量增加并不明显。从增加供水量、抬高河网水位和影响水闸自流引江量多个方面进行综合考虑和分析,认为新建规模为150 m~3/s的九圩港泵站经济、合理且可行,满足规划用水要求。计算结果较好地反映了滨海感潮河网地区长江潮位、水闸自引、泵站抽引以及河网输水能力与内河水位之间的复杂关系,可为类似区域供水工程的设计提供技术参考。     

基于区域水环境治理的泵闸调度优化

由于历史的原因,铁路、高等级公路的建设阻断了水系的通畅,同时随着城市化进程的加快,使上海嘉定蕰南中部地区的水生态环境不容乐观。为了改善该区域的水环境,嘉定区水务局于2013年进行了蕰南中部地区原型调水试验,试验结果没有达到预期目标。为了解决原型调水试验中出现的泵闸配置不合理的问题,提出了经济合理的泵闸调度运行方案,通过建立水动力计算模型以及一维非恒定流方程组来模拟河流或河口的水流状态,并对比原型调水试验,模拟多种工况下的泵闸调度;同时,采用历史水文资料对模拟调度结果进行验证,最终模拟出了水动力最大化的调度方案。研究成果不仅可为政府决策部门对嘉定蕰南中部地区这一独立区域的后续水利控制工程建设提供参考,还可以为常态化的水资源调度方式提供依据,具有较广泛的意义。     

高负荷螺旋桨水动力性能试验研究

以某大型集装箱船高负荷螺旋桨为研究对象,分别采用大侧斜、反弯扭叶片和毂帽鳍等技术进行螺旋桨优化设计,以改善螺旋桨的空泡和水动力性能.设计了5型螺旋桨,分别在空泡水筒进行了模拟伴流场中的空泡和激振力试验,并在拖曳水池进行了敞水试验.试验结果表明,采用大侧斜可有效减小螺旋桨诱导船艉激振力;反弯扭叶片螺旋桨空泡性能较好,有较低的螺旋桨诱导船艉激振力水平;桨毂帽鳍可改善毂涡空泡,模型试验状态下可提高推进效率2%左右.