黄河宁蒙河段冰期洪水波运动过程中的变形分析

河道中冰盖的存在会影响到洪水波的演进变形。以黄河宁蒙河段为研究对象,将马斯京根法尝试应用于冰期洪水计算,分析了马斯京根法参数与糙率的关系,比较了冰盖冻结增厚和融化减薄过程对洪水波变形的影响差异。研究结果表明,将马斯京根法应用于冰期洪水计算是可行的;断面的糙率越大,洪水波传播时间越久,变形越大;冰盖冻结增厚过程中,洪水波的变形存在先增加再减少而后又增加的现象;冰盖融化减薄过程中,洪水波随冰厚的减薄而变形增大。相同冰厚下,两种过程的变形程度存在交点。交点之前的冰厚范围,冰盖融化减薄时的洪水波变形更大;交点之后的冰厚范围,冰盖冻结增厚时的洪水波变形更大。     

三峡-葛洲坝梯级水库兼顾航运需求的调度方式

三峡-葛洲坝巨型梯级水库虽综合效益显著,但由于汛期大流量(25 000~56 700 m~3/s)、汛/枯期电站调峰产生的下泄流量骤变、枯期小流量航深不足等引起的限航、禁航问题日益突出。在整合优化初步设计及现行相关调度方式的基础上,通过拟定不同的泄量控制、水位控制和调峰幅度等,分析了梯级水库对长江中下游枯期小流量情况下的补水能力,并提出了切实有效的兼顾航运需求的水库调度方式,可为三峡工程的航运安全、高效调度运行提供科学依据。     

Impacts of bridge piers on water level during ice jammed period in bend channel——An experimental study

Experiments are carried out in an "S-shaped" flume in the laboratory under both open flow and ice-jammed conditions to study the impacts of bridge piers in a bend channel on the variation of the water level. The variations of the water level under the ice jammed condition with bridge piers are compared to those without bridge piers in an 180° bend channel. Results indicate that the bridge piers in the S-shaped channel have obvious impacts on the ice accumulation and the water level. The increment of the water level with the presence of the bridge piers is less than that without the bridge piers in the channel. Different arrangements of the bridge piers result in different increments of the water level. When one bridge pier is installed in the straight section of the channel(between 2 bends) and another one at the bend apex(for a convex bank), the increment of the water level during the equilibrium ice jammed period is between that with a single bridge pier located in the straight section of the bend channel and that with a single bridge pier located at the bend apex. It is also shown that the increment of the water level during the equilibrium ice jammed period increases with the increase of the average thickness of the ice jams.     

海上风电场单桩基础锥体结构冰荷载显式动力分析

针对渤海某 3MW 单桩式海上风电场进行了抗冰锥结构设计,并通过 LS－DYNA 软件对直立桩结构及加装的锥体结构冰荷载进行显式动力分析。通过分析冰排在直立桩和锥体结构前的破坏模式及破坏特点,获得冰力时程曲线及冰力值,将有限元分析结果与规范公式的计算结果进行对比分析。通过改变抗冰锥锥角,研究不同锥角情况下结构冰荷载的变化规律。结果表明,直立桩冰荷载数值分析结果与规范公式计算结果较为接近,锥体结构冰荷载数值分析结果与 Ｒalston 公式计算结果相差较小,冰荷载水平分量随锥角的增加而显著增大,而竖向分量则随之降低。显式动力分析结果可为单桩式海上风电结构抗冰锥冰荷载估算及锥体结构尺寸优化提供参考。     

封冻期冰塞堆积演变的试验研究

冬季北方河流中经常出现冰塞现象,极易诱发凌洪灾害。冰塞厚度是冰情预测工作的重要组成内容,不同冰塞演变过程中的冰厚研究成果尚不完善。借助水槽试验,通过改变水流与冰流量条件,对冰塞的堆积演变过程进行了试验研究。结果表明:冰塞堆积演变存在两种不同的顺序,不同的顺序对应不同的厚度变化过程,形成的冰塞分别是以水力增厚为主和以力学增厚为主。这一研究发现可为冰厚计算公式的选取提供有效的技术支撑。     

南水北调中线总干渠冰情预测模型参数敏感性分析及率定

南水北调中线工程黄河以北总干渠冬季由于受气温的影响,将有不同程度的冰情产生,总干渠将处于无冰、流冰、冰盖下输水等多种复杂运行状态,运行不当则可能发生冰塞、冰坝危害。为了更准确地预测冰情,文章利用详细热量交换法对不同条件下渠道内一维冰盖生消进行数值模拟,根据2012年冬季的冰清观测结果以均方根差最小的原则率定模型参数。随后通过改变反射系数α、云量C、虚拟冰盖厚度Δh、风速Va、折减系数Cc及Ce、初始水温等分析冰盖厚度对于模型参数的敏感性。仿真结果显示,模型参数中反射系数α、虚拟冰盖厚度Δh这两个参数对冰盖厚度影响较大,气温数据中云量C对冰厚结果影响较大,且在高云量区域敏感性为极敏感,这些规律可以为寒区渠道系统冰情预测模型的开发及率定提供参考。     

大颗粒柱状淡水冰无侧限剪切强度及其影响因素

针对大颗粒柱状冰无侧限剪切强度同加载方向、加载应变速率和冰样温度有关,在加载应变速率5.00×10-5/s~5.00×10-2/s区间内、试验温度分别为-0.5℃、-2℃、-5℃和-10℃、进行两个加载方向分别为垂直加载(加载力平行于晶体生长方向)和水平加载(加载力垂直于晶体生长方向)的无侧限剪切试验。结果发现,在既定试验条件下,剪切强度随着温度和应变速率的减小有增大趋势;比较两个加载方向剪切强度可知,在-5℃和-10℃条件下力学性质的各向异性更为明显,而在-0.5℃和-2℃时两个加载方向剪切强度相差不大;另外在气泡含量小于8.65%情况下,冰内气泡含量对大颗粒柱状冰剪切强度影响不大。     

渡槽水体的热交换及水温和含冰率的时空变化

渡槽是一种高架空中的输水建筑物,冰期易于形成产冰场,可能导致下游发生冰塞灾害。考虑渡槽外壁与大气的热交换,包括太阳辐射、外壁和大气的长波辐射、地表的长波辐射和反射及对流等因素,提出了渡槽外壁温度及水体与渡槽热交换的计算模型。建立了冰期渡槽水温时空变化的一维数学模型,采用特征线方法得出水温随时间和离开渡槽进口距离的增加呈指数规律变化的重要结论。在此基础上,导出了渡槽含冰率与负水温成正比的理论公式。算例表明,如果忽视水体与渡槽的热交换,则可能导致计算冰情远远偏离实际情况的结果。     

部分冰盖下水流水力特性数值模拟

运用Fluent软件建立雷诺应力模型,模拟不同冰盖覆盖度下恒定均匀流流场,从纵向时均流速、二次流、雷诺应力、紊动能等方面揭示部分冰盖下水流的水力特性。结果表明：岸冰的形成会导致冰盖下水流在断面上重新分配,明流区流速增大,冰盖下流速减小;横向动量交换产生复杂的二次流结构,涡体形状、数量、大小和位置随着冰盖覆盖度的增加而变化;雷诺应力断面分布较复杂,冰盖附近区域雷诺应力为负值,负值区范围与冰盖覆盖度密切相关,并凸向明流区;冰盖、边壁和床面的粗糙度不同导致紊动能在断面上的分布呈现出明显的差异,冰盖区紊动能大于明流区的值,反映出岸冰对冰盖下水流结构影响的复杂性。     

ICE JAMS IN A SMALL RIVER AND THE HEC-RAS MODELING

This paper describes a model of a 3.06km long river reach between two small reservoirs under both open flow and ice covering conditions for different operational settings of the stoplogs in the downstream reservoir. The HEC--RAS model developed by the Hydrological Engineering Center of US Army Corps of Engineers was used to compare different approaches in terms of flow velocity, water level and the Froude number. The impacts of heavily vegetated main channel and floodplain on ice accumulations were investigated. And it is shown that this vegetation plays a significant role in the formation of river ice jam during winter period and thus the vegetated channel has strong influence on ice flooding. In addition, the paper explores the impact both of the operation of the stoplogs during the winter period and the presence of the downstream dam on the accumulation of ice jam along this river reach.