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卵石床面清水冲刷稳定形态及其水流结构试验研究

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四川大学学报（工程科学版） 2006年第3期38卷 6-12页

作者：王协康杨青远王宪业刘兴年刘同宦四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 长江科学院河流研究所湖北武汉430010

由于测试手段的局限性,对粗化稳定的水流结构,尤其是河床粗化层不断调整的水流结构变化研究较为缺乏。借用多普勒声速仪(Sontec-ADV)和尼康全站仪(Nikon-DTM),测试了不同水沙组合卵石床面,在清水冲刷条件下的稳定形态及其水流结构。试... 详细信息

由于测试手段的局限性,对粗化稳定的水流结构,尤其是河床粗化层不断调整的水流结构变化研究较为缺乏。借用多普勒声速仪(Sontec-ADV)和尼康全站仪(Nikon-DTM),测试了不同水沙组合卵石床面,在清水冲刷条件下的稳定形态及其水流结构。试验表明:在相近的水流条件下,粗化稳定后粗颗粒在床面的暴露程度和排列位置受原始铺沙与前期粗化程度的影响。清水冲刷卵石推移质输沙过程、稳定形态及其相应的水流结构具有较强的相互作用关系。在一定的水沙、床面形态条件下,平均流速分布沿相对水深的变化可由单一的对数分布转变为S形曲线,且其流速极值转捩位置也受水沙及床面形态条件的影响。

关键词：清水冲刷稳定形态水流结构卵石河床

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挺水植被影响下滞水区水流结构与泥沙落淤

工程科学与技术 2021年第1期53卷 85-93页

作者：向珂杨中华武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

天然河道中坝田滞水区的低速环流特点能够促进泥沙淤积,延长营养盐滞留时间,为水生植物提供良好的生长环境。关于滞水区水动力学的研究已有诸多成果,然而植被影响下的滞水区流场分析却鲜有报道。本文采用模型试验研究了挺水植被作用下... 详细信息

天然河道中坝田滞水区的低速环流特点能够促进泥沙淤积,延长营养盐滞留时间,为水生植物提供良好的生长环境。关于滞水区水动力学的研究已有诸多成果,然而植被影响下的滞水区流场分析却鲜有报道。本文采用模型试验研究了挺水植被作用下滞水区水流结构与泥沙落淤问题,其中,在清水条件下采用粒子图像测速法(PIV)测量了流场结构,在浑水条件下采用拍照、称重以及粒度分析等手段调查了淤沙现象。试验结果表明:植被群落可以削弱滞水区环流速度,并造成环流模式发生变化,即从无植被条件下的双环流结构调整为有植被条件下的单环流结构;另外,植被会抑制混合层拟序涡的发展,导致涡体尺寸明显减小。由于丁坝群的连续挑流作用,主渠泥沙主要以细颗粒悬移质形式进入滞水区,包括两种途径,一种是跟随环流结构进入空腔,另一种是跟随交界面紊动涡体扩散到空腔。由于泥沙运动受制于水动力特性,无植被与有植被两类工况下,水流结构的不同会导致滞水区淤沙结果存在一定区别,即同等历时内,无植被滞水区的淤沙颗粒粗,落淤质量大,淤积物主要集中在主环流区域;在植被化工况中,植被群落的约束作用会降低Kelvin-Helmholtz剪切层摆动强度以及抑制空腔-主渠之间的水体交换过程,导致滞水区泥沙颗粒细,淤沙少,淤积物几乎均匀地分布在整个滞水区。这些差异在上游滞水区(即水力特性沿程发展的过渡阶段)体现尤为明显。

关键词：滞水区植被模型试验水流结构泥沙落淤

山区河流浅水河床漂石对局部水流结构影响试验研究

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工程科学与技术 2017年第5期49卷 71-77页

作者：董晓王淑英叶晨王协康四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院四川成都610065 四川省港航开发有限责任公司四川成都610041 浙江省水文局浙江杭州310009

西南山区河道普遍分布着大量的卵砾石、漂石等大粒径床沙,漂石颗粒急剧调整局部水流结构与泥沙输移,从而制约着河床响应过程。以漂石河床水流结构为研究对象,结合野外典型河段调查和概化试验,利用3维多普勒流速仪(ADV)详细测量漂石区域... 详细信息

西南山区河道普遍分布着大量的卵砾石、漂石等大粒径床沙,漂石颗粒急剧调整局部水流结构与泥沙输移,从而制约着河床响应过程。以漂石河床水流结构为研究对象,结合野外典型河段调查和概化试验,利用3维多普勒流速仪(ADV)详细测量漂石区域的3维流速,探讨浅水条件下漂石颗粒对局部水流运动的影响。分析表明:漂石对水流结构的影响集中在其下游中心区域,尤其是远部尾流区内,其纵向范围主要集中在约–1水流结构有较大影响,随着相对淹没深度(H/D)的增加,其对流速、紊动能和雷诺应力的影响逐渐增强,在处于临界淹没度H/D=1.2时最为强烈,之后强度递减。不同相对淹没度(H/D)下,流速、紊动能和雷诺应力恢复区长度相近,且与远部尾流区尺度变化基本一致。总体而言,漂石通过改变局部沿程流速、紊动参数和远部尾流区分布,从而显著影响浅水河床局部水流结构,其具体影响因子和响应规律有待进一步深入研究。

关键词：山区河流漂石相对淹没度水流结构

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不同渗流强度对明渠水流结构影响的试验研究

水科学进展 2018年第2期29卷 230-235页

作者：陆彦周倪凯陆永军南京水利科学研究院江苏南京210029

关于明渠流引入渗流后的水流运动规律研究很多,但学者们的研究却存在着不同的结论。为探究不同渗流强度对明渠水流结构的影响,通过自行设计的明渠紊流水槽及渗透装置,利用PIV(Particle Image Velocity)图像采集系统及数据分析软件,测量... 详细信息

关于明渠流引入渗流后的水流运动规律研究很多,但学者们的研究却存在着不同的结论。为探究不同渗流强度对明渠水流结构的影响,通过自行设计的明渠紊流水槽及渗透装置,利用PIV(Particle Image Velocity)图像采集系统及数据分析软件,测量了水流流速并分析了流速变化与相对渗流强度的关系。结果表明:水流流速并不是渗流强度的单值函数关系,随着入河渗流强度的增加,近底水流流速呈先减小后稍有增加,又继续减小的趋势;出河渗流时流速变化趋势与入河相反;出河及入河渗流都有着拐点的存在,且对应的相对渗流强度与雷诺数相关,雷诺数越大,拐点出现时对应的相对渗流强度越小。

关键词：渗流水流结构渗流强度明渠流速

山区河流河床对漂石的突变响应及其近底水流结构特征

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四川大学学报（工程科学版） 2017年第3期49卷 22-28页

作者：叶晨王海周郑媛予董晓王协康四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

山区河流受暴雨洪水、滑坡和泥石流等灾害的影响,漂石颗粒在河床不断集聚,从而改变局部区域的河床形态及其水流结构。作者基于对野外典型漂石河段的调查和室内概化水槽试验,指出了河床变形及水流运动对漂石的突变响应特征。试验床面分... 详细信息

山区河流受暴雨洪水、滑坡和泥石流等灾害的影响,漂石颗粒在河床不断集聚,从而改变局部区域的河床形态及其水流结构。作者基于对野外典型漂石河段的调查和室内概化水槽试验,指出了河床变形及水流运动对漂石的突变响应特征。试验床面分别预铺粒径为2.5和7.0 mm的均匀沙,并在其上放置粒径为15.7 cm的天然漂石,利用声学多普勒测速仪和全站仪测量漂石局部区域的水流结构及河床冲淤地形。试验分析表明:漂石河床局部调整受相对淹没度和床沙粒径的影响,随着相对淹没度的变化,冲坑深度及范围也随之调整,但淤积的最大高度值则趋于稳定;床沙粒径与冲坑深度、范围呈现出较好的线性正相关关系,但其对后者的影响要远大于前者。漂石河床的局部响应主要是因为漂石的存在促使其局部区域的水动力条件变化。在无床沙工况下,漂石局部近底流速分布随着相对淹没度的变化而变化,而在有床沙工况下,其对相对淹没度的变化却并不敏感,但它们都较为符合对数分布。漂石局部的紊动强度及紊动耗散均在漂石下游的Δx≤1.5D范围内出现陡增现象,且随着床沙粒径的增加,紊动强度陡增的幅度变小,其影响范围也随床沙粒径及相对淹没度的变化而变化。因此,山区河流河床漂石对水流运动及河床变形的作用主要表现在局部近底水流结构及紊动统计特征出现陡变特征,从而引起局部冲淤程度加剧,对河床的水沙运动及其稳定形态产生较大影响。

关键词：山区河流漂石河床突变响应水流结构紊动强度

海域岛隧结合区水流结构和沉管沉放过程水流力试验研究

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水科学进展 2019年第6期30卷 854-862页

作者：高祥宇高正荣卢中一南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室江苏南京210024 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029

港珠澳跨海通道由东、西人工岛实现桥隧过渡,海中隧道采用沉管法,沉管段总长5664 m,从西人工岛开始布置E1—E33管节,标准管节长180 m,宽37.95 m,高11.4 m,重约8万t。岛隧结合区受到人工岛挑流和基槽开挖水深突变的影响,水流结构复杂,沉... 详细信息

港珠澳跨海通道由东、西人工岛实现桥隧过渡,海中隧道采用沉管法,沉管段总长5664 m,从西人工岛开始布置E1—E33管节,标准管节长180 m,宽37.95 m,高11.4 m,重约8万t。岛隧结合区受到人工岛挑流和基槽开挖水深突变的影响,水流结构复杂,沉管沉放时也会引起水流变化。沉管安全沉放和精准对接安装需掌握受到的水流力大小。利用宽水槽几何比尺为100的正态模型,开展岛隧结合区水流分布和沉管沉放过程水流力试验研究。结果表明:岛头无掩护措施时,岛壁挑流影响到E1管节中部附近,表、底层流速大于中层;E1管节沉放过程中纵向水流力最大可达4601 kN,E2管节纵向水流力平均5149 kN;掩护E1管节后,E1管节处流速大幅减小,E2管节中部受掩护体挑流影响最大,流速最大增加40%,中层流速大于表、底层;E2管节纵向水流力平均5240 kN。当沉管完全入水后,基槽内流速较小,沉放过程中受到的水流力逐渐减小。岛隧结合区水流垂线分布并不是指数分布,受到岛头壁挑流的影响沿管节长度方向流速分布也不均匀,管段浮运水流力公式并不适用计算沉管沉放过程受到水流力的大小。

关键词：水流结构沉管水流力岛隧结合区港珠澳大桥

珠江虎门河口洪季潮流近底边界层水流结构研究

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水力发电学报 2010年第1期29卷 158-163页

作者：尹小玲张红武刘欢华南理工大学水利水电工程系广州510640 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 中山大学近岸海洋研究中心广州510275

研究河口近底边界层水动力结构对进一步研究河口地区水流能量耗散和物质输运具有重要意义,2006年7月26-28日在珠江虎门口采用ADV、ADP及OBS和CDT组合置底支架观测系统对近底边界层水流、泥沙和温盐度进行了水下定点观测,本文通过分析流... 详细信息

研究河口近底边界层水动力结构对进一步研究河口地区水流能量耗散和物质输运具有重要意义,2006年7月26-28日在珠江虎门口采用ADV、ADP及OBS和CDT组合置底支架观测系统对近底边界层水流、泥沙和温盐度进行了水下定点观测,本文通过分析流速观测数据,对该潮汐河口近底边界层的水流结构、阻力特性和紊动尺度进行研究,结果表明除憩流附近外,近底边界层内时均流速分布均可采用对数剖面,摩阻流速值与时均流速基本成正比,平均摩阻流速为0.014m/s,粗糙长度为0.09mm,切应力梯度为0.426N/m^2·m; 脉动流速统计分析结果符合典型潮汐河口底边界层的紊动特点,距床面0.15m处,落急时刻宏尺度紊动的时间尺度和长度尺度分别为3s和0.06m; 垂向脉动分速以及瞬时雷诺应力自相关分析表明转流附近时段的湍流主要以低频大尺度紊动为主。测量分析结果可为下一步研究近底边界层泥沙运动提供依据,并为数值模拟计算提供水动力分析条件和特征参数。

关键词：水动力学珠江河口潮流底边界层(TBBL) 水流结构现场观测

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黑河下游颈口裁弯后河道三维水流结构研究

水科学进展 2022年第2期33卷 286-297页

作者：李志威文杰陈帮鲁瀚友胡旭跃武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 长沙理工大学水利与环境工程学院湖南长沙410114

黄河源黑河下游于2018年7月汛期发生1次颈口裁弯的极端地貌过程,裁弯河段的水流结构发生强烈调整,开展原型观测裁弯后河道水流结构具有重要科学意义。2019年和2020年采用声学多普勒流速剖面仪对裁弯河段共计45个横断面进行野外测量,对... 详细信息

黄河源黑河下游于2018年7月汛期发生1次颈口裁弯的极端地貌过程,裁弯河段的水流结构发生强烈调整,开展原型观测裁弯后河道水流结构具有重要科学意义。2019年和2020年采用声学多普勒流速剖面仪对裁弯河段共计45个横断面进行野外测量,对比分析裁弯后河道三维水流结构与环流强度。结果表明:受河道形态、边界条件、水文条件等因素影响,裁弯口上游顺直河段的水流结构受颈口裁弯的影响较小,而弯道段水流结构于裁弯后明显调整。具体表现为颈口裁弯对顺直河段的流速、环流强度空间分布无较大影响,会改变弯顶段最大流速的横向分布和环流结构的断面分布、影响分离区的规模和分布位置。研究结果加深了颈口裁弯后水流结构调整对牛轭湖淤积、分离区河床冲淤以及新河道冲刷影响的认识。

关键词：水流结构弯曲河流颈口裁弯环流强度声学多普勒流速剖面仪黄河源

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竖缝宽度对竖缝式鱼道水流结构的影响

水力发电学报 2012年第1期31卷 151-156页

作者：张国强孙双科中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

竖缝式鱼道具有流态稳定、对上下游水位变动自适应性强、过鱼效率高等技术特点,是目前国内外比较流行的鱼道布置方式之一,得到了广泛的工程运用。已有研究表明,影响竖缝式鱼道水流结构的参数主要包括各级水池的长宽比、导板长度、导向... 详细信息

竖缝式鱼道具有流态稳定、对上下游水位变动自适应性强、过鱼效率高等技术特点,是目前国内外比较流行的鱼道布置方式之一,得到了广泛的工程运用。已有研究表明,影响竖缝式鱼道水流结构的参数主要包括各级水池的长宽比、导板长度、导向角度、以及隔板墩头体型等。本文在已有研究基础上合理取用竖缝式鱼道的长宽比、导板长度、导向角度等参数,采用数值模拟方法,进一步研究了竖缝宽度对水池内水流结构的影响,并给出了其合理取值范围。

关键词：环境水力学竖缝式鱼道数值模拟计算竖缝宽度水流结构单位水体消能率