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黄河-渭河交汇处水流结构与河道演变实测结果分析

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水电能源科学 2024年第6期42卷 68-72页

作者：林昊张汇明张同强徐磊王平万安凌宇翔河海大学水灾害防御全国重点实验室江苏南京210098 河海大学水利水电学院江苏南京210098 河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室江苏南京210098 黄河水利委员会三门峡库区水文水资源局河南三门峡472000

黄河-渭河交汇处是黄河流域典型的大型河道交汇处之一,亦是中下游水动力和泥沙输移的重要控制节点。为进一步认识该处大宽深比、高含沙、复杂地形条件下的三维水流结构及河道演变规律,运用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对该交汇处15个横... 详细信息

黄河-渭河交汇处是黄河流域典型的大型河道交汇处之一,亦是中下游水动力和泥沙输移的重要控制节点。为进一步认识该处大宽深比、高含沙、复杂地形条件下的三维水流结构及河道演变规律,运用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对该交汇处15个横断面的流场进行现场测量,采用动能校正系数(α)和动量校正系数(β)分析水动力调整过程。通过遥感影像数据提取河道平面形态,分析交汇处及上下游的河道演变规律。结果表明,黄河-渭河交汇处可观测到明显的停滞区、最大流速区、流速恢复区等水动力特征区;拐角处未发现明显分离区,主要是因为该处河道过渡平顺。黄河与渭河交汇初期,由于流速差异大和河道缩窄导致流速不均匀性较强,α、β分别约为1.5、1.2,随着河道向下游展宽,流速不均匀性迅速减小。交汇处断面内存在较强的二次流,其流速可达主流流速的1/8,并向下游衰减。遥感研究表明交汇处所属黄河河段不稳定,且存在顶点的岸线淤长和对岸的岸线后退现象。

关键词：黄河-渭河河流交汇 ADCP 水流结构二次流河道演变

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生态浮床布设下明渠水流结构及阻力特性试验研究

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水电能源科学 2024年第1期42卷 65-68,49页

作者：马超王家璇天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350

生态浮床已广泛运用于城市河道净化工程,但浮床布设改变了原河道断面水流结构,增加水流阻力,可能降低河道行洪能力。现有研究主要针对浮床水动力学特性分析,而关于浮床引起的水流阻力变化定量研究较少。为此,通过水槽试验研究了浮床刚... 详细信息

生态浮床已广泛运用于城市河道净化工程,但浮床布设改变了原河道断面水流结构,增加水流阻力,可能降低河道行洪能力。现有研究主要针对浮床水动力学特性分析,而关于浮床引起的水流阻力变化定量研究较少。为此,通过水槽试验研究了浮床刚性植物在10、20、30 cm三种淹没深度及平行、交错两种布置方式的组合工况下对水槽断面水流结构产生的影响。由于传统的曼宁公式无法直接用于浮床覆盖区糙率系数的求解,基于等效断面原理增加浮床阻力项,求解浮床覆盖区综合糙率与刚性植物附加糙率。结果表明,淹没深度越大,浮床阻水效果越强;交错布置方式比平行布置方式更增加水流阻力;浮床刚性植物在平行布置条件下断面综合糙率在0.381~0.417之间,交错布置条件下断面综合糙率在0.397~0.427之间,断面综合糙率随植物淹没深度和布置方式的变化而变化。

关键词：生态浮床水槽模拟水流结构等效断面综合糙率

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交汇区水流结构对水温分布特征的影响机理

河海大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 1-11页

作者：肖洋姚晨欣张涛涛许晨夏阳刘佳明顾姌河海大学水利水电学院江苏南京210098 河海大学长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098 苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室江苏南京210098 河海大学水灾害防御全国重点实验室江苏南京210098 河海大学水安全与水科学协同创新中心江苏南京210098 苏州科技大学地理科学与测绘工程学院江苏苏州215009 江西省水利科学院江西南昌330029

为分析交汇区复杂的水温分布规律及其受水流结构影响的机理,采用Fluent数值模拟软件,通过改变汇流角和汇流比,模拟了不同条件下交汇区的时均流场、紊动特性和水温分布,分析了各工况下交汇区水平面及断面水温分布特征(水温非均匀性指数)... 详细信息

为分析交汇区复杂的水温分布规律及其受水流结构影响的机理,采用Fluent数值模拟软件,通过改变汇流角和汇流比,模拟了不同条件下交汇区的时均流场、紊动特性和水温分布,分析了各工况下交汇区水平面及断面水温分布特征(水温非均匀性指数)和水流结构特征参量(紊动能和涡量)间的关系,探究了不同水流结构对水温分布的影响机理。结果表明:水流剪切影响热掺混层的位置,二次环流影响热掺混层的形态;汇流角或汇流比越大,断面非均匀指数越小,水温掺混越快,热掺混层随剪切层位置的改变越靠近外岸壁(交汇口对侧壁面),热掺混层弯曲程度随二次环流强度增大而增大;紊动能及涡量与断面非均匀指数之间呈现良好的线性关系。

关键词：河流交汇区水温分布特征水流结构数值模拟

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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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交汇区水流结构对水温分布特征影响机理研究

河海大学学报(自然科学版) 2023年

作者：肖洋姚晨欣张涛涛许晨夏阳刘佳明顾姌苏州科技大学地理科学与测绘工程学院河海大学水灾害防御全国重点实验室江西省水利科学院河海大学水安全与水科学协同创新中心河海大学水利部重点实验室苏州科技大学环境科学与工程学院河海大学水利水电学院河海大学长江保护与绿色发展研究院

水温是影响河流生态系统的重要因素之一，不同的水温分布对水体的理化性质、水沙界面的化学过程和水生生物的生理行为等产生较大影响。当与干流存在较大温差的支流汇入干流后，受干支流交汇区复杂水流结构的影响，水流在交汇区发生剧烈... 详细信息

水温是影响河流生态系统的重要因素之一，不同的水温分布对水体的理化性质、水沙界面的化学过程和水生生物的生理行为等产生较大影响。当与干流存在较大温差的支流汇入干流后，受干支流交汇区复杂水流结构的影响，水流在交汇区发生剧烈掺混，干流原有的水温分布将发生显著改变。本研究采用Fluent数值模拟软件，通过改变汇流角和汇流比，模拟不同条件下交汇区的时均流场、紊动特性和水温分布，分析各工况下交汇区水平面及断面水温分布特征（水温非均匀性指数）和水流结构特征参量（紊动能和涡量）间的关系，探究不同水流结构对水温分布的影响机理。结果表明：水流剪切影响热掺混层的位置，二次环流影响热掺混层的形态。汇流角或汇流比越大，断面非均匀指数越小，水温掺混越快，热掺混层随剪切层位置的改变更靠近外岸壁（交汇口对侧壁面），热掺混层弯曲程度随二次环流强度增大而增大。紊动能及涡量与断面非均匀指数之间可通过函数σ=0.159+0.055Ωx’-0.086 k’表示。成果对于研究交汇区水温分布特征具有理论价值，对于河流水生态环境治理具有指导意义。

关键词：河流交汇区水温分布特征水流结构数值模拟

船闸下游口门区水流结构特征及流速极值预测方法

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水资源与水工程学报 2022年第2期33卷 124-129,135页

作者：齐春风彭伟欧阳群安普晓刚交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室天津300456

为明确船闸下游口门区水流结构特征并实现口门区通航水流条件定量预测,以船闸下游口门区概化模型为基础,采用数值模拟方法,开展了船闸下游口门区通航水流条件计算,研究了口门区水流结构特征和通航水流条件分布规律,并对来流流速、入流... 详细信息

为明确船闸下游口门区水流结构特征并实现口门区通航水流条件定量预测,以船闸下游口门区概化模型为基础,采用数值模拟方法,开展了船闸下游口门区通航水流条件计算,研究了口门区水流结构特征和通航水流条件分布规律,并对来流流速、入流角、口门区几何参数等因素进行敏感性分析,提出了船闸下游口门区流速极值预测公式。结果表明:船闸下游口门区水流结构呈平面二维形态,经实际工程物理模型实测数据验证,回归分析得到的口门区流速极值预测公式的可靠性较好,为类似工程船闸下游口门区通航水流条件研究提供了一种方便快捷的预测方法。

关键词：船闸口门区水流结构流速极值通航条件五强溪水利枢纽

枢纽船闸引航道口门区三维水流结构和减淤措施

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水运工程 2022年第7期 126-131,222页

作者：刘俊涛吕彪邢岩李少希交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室天津300456

由于枢纽船闸引航道口门区特殊的水流结构,口门区泥沙淤积问题是影响河流船闸正常运行的一个重要问题。针对枢纽船闸引航道口门区三维水流的结构特点,开发了可高效高精度模拟该区域水流结构的完全三维非静压数学模型,对其水流结构特征... 详细信息

由于枢纽船闸引航道口门区特殊的水流结构,口门区泥沙淤积问题是影响河流船闸正常运行的一个重要问题。针对枢纽船闸引航道口门区三维水流的结构特点,开发了可高效高精度模拟该区域水流结构的完全三维非静压数学模型,对其水流结构特征进行了分析和研究,从消除回流和归顺口门区航行水流的角度,提出了可有效减缓引航道口门区泥沙淤积问题的工程措施,为枢纽通航运能提升和船舶安全高效运营提供技术支撑。

关键词：三维模型船闸口门区水流结构泥沙淤积

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水平向涡流水流结构与气体迁移扩散特性研究

人民长江 2022年第1期53卷 216-224页

作者：王睿齐唐涛彭依云沈春颖昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500 南水北调中线干线工程建设管理局北京100038 南京水利科学研究院江苏南京210029 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

在掺气减蚀研究中,气体的迁移扩散对减蚀效果有重要影响。为研究水平向涡流水流中的气体迁移扩散特性,建立了水平向涡流模型,通过物理模型试验及数值模拟对水平向涡流掺气水流进行分析。结果表明:数值模拟计算能较为全面地提供三维流动... 详细信息

在掺气减蚀研究中,气体的迁移扩散对减蚀效果有重要影响。为研究水平向涡流水流中的气体迁移扩散特性,建立了水平向涡流模型,通过物理模型试验及数值模拟对水平向涡流掺气水流进行分析。结果表明:数值模拟计算能较为全面地提供三维流动的流场分布情况;水流结构可划分为附壁流动区、水平向涡流区、壅水回流区以及表面旋滚区;气体卷吸的部位是水面各水流结构区交汇处,水平向涡流区、壅水回流区、表面旋滚区掺气浓度随来流量及堰上水头升高而增加,附壁流动区掺气浓度随来流量及堰上水头升高而减小;附壁流动区、表面旋滚区、水平向涡流区掺气浓度沿程先增大后减小,壅水回流区沿程掺气浓度先减小后增大。研究成果可为泄水建筑物或消能工预防空化空蚀现象的发生提供参考。

关键词：水平向涡流掺气水流气体迁移扩散水流结构掺气浓度

出渗对大颗粒泥沙周边水流结构及受力影响试验研究

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应用基础与工程科学学报 2018年第3期26卷 515-525页

作者：蒋昌波刘易庄邓斌长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410004 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410004

为探讨出渗对大颗粒泥沙周边水流结构的影响,采用二维粒子图像测试技术对颗粒周围流场进行测量.通过分析不同出渗强度下颗粒周围立面流场结构,探究出渗作用下颗粒周围水动力结构.试验结果表明：出渗能够抑制颗粒尾部回流区的形成,减小... 详细信息

为探讨出渗对大颗粒泥沙周边水流结构的影响,采用二维粒子图像测试技术对颗粒周围流场进行测量.通过分析不同出渗强度下颗粒周围立面流场结构,探究出渗作用下颗粒周围水动力结构.试验结果表明：出渗能够抑制颗粒尾部回流区的形成,减小回流区内负向流速大小;同时,尾涡尺寸随出渗强度的增大而减小,当出渗强度增加到一定值（v_s/U=0.65%）时颗粒尾部已不能形成尾涡.颗粒迎流面水流分离点即是产生＂涡量源＂的位置.出渗不断透过床面向上补水减小了流速变化梯度,从而导致负向涡量随出渗的增大而减小.对大颗粒的受力分析发现,颗粒平均起动流速随着出渗流速的增大而减小.

关键词：出渗大颗粒 PIV 水流结构起动流速