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斜交桥墩影响下的弯道水流运动三维数值模拟

中国农村水利水电 2023年第12期 148-162页

作者：张凤逐李春光景何仿谢鹏李梦婷宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 北方民族大学数学与信息科学学院宁夏银川750021 北方民族大学土木工程学院宁夏银川750021

斜向建设的桥墩常见于天然弯曲河道中,其改变下游水流运动趋势,并对堤防稳定产生不利影响。为探究连续弯道中斜交桥墩对水流运动特性的影响,运用MIKE Zero系列软件中的水动力模型对圆柱形桥墩不同建设位置及桥墩与河道呈不同斜交角度的... 详细信息

斜向建设的桥墩常见于天然弯曲河道中,其改变下游水流运动趋势,并对堤防稳定产生不利影响。为探究连续弯道中斜交桥墩对水流运动特性的影响,运用MIKE Zero系列软件中的水动力模型对圆柱形桥墩不同建设位置及桥墩与河道呈不同斜交角度的工况进行数值模拟,分析各工况下桥墩对水位和流速的影响。研究结果表明:在弯道不同位置布设不同斜交角度的桥墩时,各位置墩前最大壅水高度均在桥墩斜交角度α为30°~60°时呈增大趋势;此外,各工况平面流速均随斜交桥墩偏移的方向增大,且桥墩斜交角度越大首末组桥墩周围流速相差越大。修建桥墩后的弯道中心区域墩后断面横向流速及纵向流速均较无墩情况下降低,且随桥墩斜交角度的增大流速降低现象愈发明显,但弯道凹岸及凸岸区域墩后断面横纵流速均不同程度增大,并始终大于桥墩建设前的流速。相邻弯道间前弯对其后弯的横向环流结构发展进行反向抑制,在弯道连接段修建桥墩时其墩后断面环流范围小于在弯道段修建桥墩时的环流。这些发现为弯道涉河桥梁规划及护岸工程设计提供了依据。

关键词：连续弯道水流运动斜交桥墩 MIKE Zero 数值模拟横向环流

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农田残留地膜对土壤水流运动的影响研究

农田残留地膜对土壤水流运动的影响研究

作者：于振洋长沙理工大学

学位级别：硕士

我国是农业大国,农用地膜使用量位居世界首位。农用地膜可以起到增温、保水、防虫和减少杂草等作用,并可以提高农作物产量和质量,因此,农用地膜已成为继种子、化肥和农药之后的又一项重要生产资料。然而,由于农用地膜回收的机制与政策... 详细信息

我国是农业大国,农用地膜使用量位居世界首位。农用地膜可以起到增温、保水、防虫和减少杂草等作用,并可以提高农作物产量和质量,因此,农用地膜已成为继种子、化肥和农药之后的又一项重要生产资料。然而,由于农用地膜回收的机制与政策不够完善,加之农用地膜很难在土壤中自行分解,导致土壤中农用地膜残留问题日趋严重。农田土壤中残留的地膜改变了土壤的理化性质,并影响着土壤中的水分保持与运动,进而影响农作物的生长情况与产量。针对于这一问题并结合我国残留地膜分布的特征,本文开展了残留地膜含量(75 kg/hm2、150kg/hm2、300kg/hm2)、残留地膜埋深(0-5 cm、0-10cm、0-20cm)和残留地膜尺寸(1 cm×1 cm、2cm×2cm、4cm ×4cm、1 cm×4cm)对土壤中的水分保持与运动的影响,并利用活动流场模型对地膜残留农田中的非均匀水流运动过程进行了模拟分析。主要研究成果如下:(1)残留地膜对灌溉水的滞蓄作用随着残留地膜含量的增加而增强;当残留地膜含量大于150 kg/hm2时,地膜残留层的含水率显著大于空白试验相同深度土层的含水率;由于残留地膜对灌水的滞蓄作用,降低了地膜残留土壤中入渗水流运动的非均匀程度,但由于残留地膜碎片自身成卷重叠的几率随着残留地膜含量的增加而增大,残留地膜土壤中的入渗水流运动的非均匀程度也呈现出随着残留地膜含量的增加而增大的趋势。(2)在残留地膜含量相同的情况下,地膜残留层厚度越大,单位体积内的地膜残留量越小,残留地膜越不易成卷重叠,残留地膜对灌溉水的阻滞作用越强、入渗水流运动的非均匀程度越低、灌溉水最大入渗深度越小。(3)在残留地膜含量相同条件下,残留地膜尺寸过小(如1 cm×1 cm)和过大(如4 cm×4 cm)均会增大土壤水流运动的非均匀性;前者是由于过小的残膜尺寸增大了残膜总数量,后者是由于过大的残膜尺寸使得自身内卷或折叠从而形成优先流管道。当残留地膜碎片面积相同但形状不同时,呈长条形的地膜碎片比呈方形的地膜碎片更容易诱发土壤优先流的形成。(4)残留地膜降低了土壤的剩余含水率和饱和含水率。活动流场模型模拟的地膜残留农田中的土壤含水率分布、染色面积分布结果与实测数据较为一致,表明该模型可用于预测地膜残留农田中的水分分布与水流运动过程。

关键词：农用地膜优先流水流运动含水率

矿物质油对土壤结构性质与水流运动特征的影响研究

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矿物质油对土壤结构性质与水流运动特征的影响研究

作者：张金隆长沙理工大学

学位级别：硕士

随着世界工业的发展,对石油的需求也在不断增加,导致石油污染问题愈发严重。据统计,全世界每年因生产石油及其制品而产生的石油污染物约有800万t,而在我国,每年产生的石油污染物也有60万t左右,每年新增的石油污染土壤也多达10万t。土壤... 详细信息

随着世界工业的发展,对石油的需求也在不断增加,导致石油污染问题愈发严重。据统计,全世界每年因生产石油及其制品而产生的石油污染物约有800万t,而在我国,每年产生的石油污染物也有60万t左右,每年新增的石油污染土壤也多达10万t。土壤在受到石油污染后,会改变其有机质组成,影响土壤通透性及其它理化性质,导致其中水流运动特征发生变化。本文以92#汽油、5W-40机油为代表性矿物质油污染物,通过室内土柱试验,采用染色示踪法、图像处理技术和统计学方法,系统的研究了汽油、机油污染土壤的结构特征,及汽油、机油污染土壤中水流运动特征和汽油、机油污染灌溉水在土壤中的运动特征。主要结论如下所示:(1)汽油和机油的存在都会改变土壤团聚体的粒径组成分布,但是主要影响的粒径等级不同。随着污染土壤中汽油含量的增加,土壤团聚体稳定性逐渐降低。低含量的机油污染会降低土壤团聚体稳定性,而高含量机油污染反而会增加土壤团聚体稳定性。在所研究的污染浓度范围内(质量比≤8%),汽油污染土壤的斥水性随着汽油含量的增大变化不明显,而机油污染土壤的斥水性随着机油含量的增大明显增大。(2)清水在汽油污染土壤中的入渗时间随着污染土壤中汽油含量的增大而先增大后减小;受汽油污染的灌溉水的灌水入渗时间随着灌溉水中汽油含量的增加呈单调递增趋势。随着土壤中汽油含量的增加,清水在受汽油污染的土壤中运动的非均匀性逐渐减小。随着灌溉水中汽油含量的增大,受汽油污染的灌溉水在土壤中运动的非均匀性先减小后增大,但均明显小于清水在土壤中运动的非均匀性。(3)在机油含量相同条件下,清水在受机油污染土壤中的入渗时间明显大于受机油污染的灌溉水在未受污染土壤中的入渗时间,且均明显大于清水在未受污染土壤中的入渗时间;随着受污染土壤中机油含量的增大,灌水入渗时间逐渐减小;随着受污染灌溉水中机油含量的增大,灌水入渗时间呈现出逐渐增大的趋势。随着受污染土壤中和受污染灌溉水中机油含量的增大,土壤水流运动的非均匀程度均增大,但清水在受机油污染土壤中运动的非均匀性均明显高于清水在未受污染土壤中运动的非均匀性,而受污染灌溉水在未受污染的土壤中运动的非均匀性则均明显小于清水在未受污染土壤中运动的非均匀性。

关键词：土壤结构团聚体水流运动汽油污染机油污染

单裂隙中LNAPL残留特点及残留体对水流运动的影响

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水科学进展 2015年第1期26卷 107-113页

作者：卢斌吴时强谈叶飞俞双恩谢兴华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 河海大学水利水电学院江苏南京210098

轻非水相液体（LNAPL）在变隙宽裂隙中的迁移和残留机理复杂,在＂裂隙-水-LNAPL＂三相系统中,LNAPL和水流运动之间相互作用和影响,同时两者又共同受到裂隙表面和隙宽的影响和控制。采用27.4 cm×20.0 cm（长×宽）的透明仿真裂隙开展甲... 详细信息

轻非水相液体（LNAPL）在变隙宽裂隙中的迁移和残留机理复杂,在＂裂隙-水-LNAPL＂三相系统中,LNAPL和水流运动之间相互作用和影响,同时两者又共同受到裂隙表面和隙宽的影响和控制。采用27.4 cm×20.0 cm（长×宽）的透明仿真裂隙开展甲苯（地下水中常见的LNAPL污染物之一）迁移试验,监测并获取变隙宽裂隙中LNAPL的迁移过程与残留分布的图像,通过数学统计和数值模拟的方法,分别揭示LNAPL残留分布规律以及＂裂隙-水-LNAPL＂系统内的相互影响机制。研究结果表明：自由相的LNAPL主要沿着裂隙中的狭长通道迁移到内部,在隙宽较小的区域有少量孤立的LNAPL液滴残留。LNAPL在变隙宽裂隙中的迁移、残留与裂隙隙宽的分布密切相关,LNAPL残留的隙宽符合正态分布规律。甲苯残留的隙宽分布范围为0.01~1.40 mm,残留最多的隙宽分布在0.20~0.30 mm。LNAPL的残留增大了裂隙内水流运动的阻力,使得裂隙两端的压力差增加。LNAPL残留使裂隙内水流流速重新分布,同时也改变了裂隙原有的沟槽流分布和数量。

关键词：变隙宽裂隙轻非水相液体残留结构隙宽水流运动

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弯曲河道中水流运动的三维数值模拟

水利学报 2010年第12期40卷 1423-1431页

作者：许栋刘召平乾爱国白玉川天津大学建筑工程学院天津300072 国核电力规划设计研究院北京100094 中国水利水电科学研究院水力学研究所北京100038

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型,用室内物理模型试验进行验证,结果表明,该模型能够较好地模拟弯道内水流流速分布以及湍流特征。随后用该模型模拟了若干典型平面形态和床面形态的弯道水流运动。模拟结... 详细信息

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型,用室内物理模型试验进行验证,结果表明,该模型能够较好地模拟弯道内水流流速分布以及湍流特征。随后用该模型模拟了若干典型平面形态和床面形态的弯道水流运动。模拟结果表明:弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性,同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸,流速的沿程变化也较平整床面更为复杂;另外,与对称型河湾(正弦派生曲线型)相比,非对称河湾(Kinoshita派生曲线型)中在两弯顶中间存在较多的低流速区,有利于泥沙落淤,而对岸流速一般较大,形成河岸的快速崩退,这能够从一个侧面解释非对称河湾向下游方向整体的快速迁移。

关键词：弯曲河道水流运动三维数学模型河湾形态数值试验

耕作及种植方式对土壤入渗参数和畦灌水流运动的影响

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农业工程学报 2019年第12期35卷 89-97页

作者：张西平程伍群绳莉丽甄文超张旭郑永虎河北农业大学城乡建设学院保定071001 河北农业大学农学院保定071001

为探明耕作和种植方式对土壤入渗参数及畦灌水流运动的影响规律,试验设置了4个处理(深松+旋耕+等行距、深松+旋耕+三密一稀、旋耕+等行距、旋耕+三密一稀旋耕+三密一稀),每个处理中设3种不同畦田规格(畦长30、35、40m,畦宽均为2m),越冬... 详细信息

为探明耕作和种植方式对土壤入渗参数及畦灌水流运动的影响规律,试验设置了4个处理(深松+旋耕+等行距、深松+旋耕+三密一稀、旋耕+等行距、旋耕+三密一稀旋耕+三密一稀),每个处理中设3种不同畦田规格(畦长30、35、40m,畦宽均为2m),越冬和拔节期分别进行灌水,实测了入渗量、水深、水流推进时间等,基于采用Kostiakov入渗公式计算的土壤入渗参数和WinSRFR4.1软件优化法求解的入渗参数,研究不同处理下入渗参数变异对畦灌水流运动的影响。结果表明:1)田间试验实测值和基于WinSRFR4.1软件优化模拟值间入渗系数和入渗指数相对误差最大值分别为1.24%和1.57%,表明采用2种方法确定不同耕作和种植方式下土壤参数均可行;2)耕作和种植方式的不同会对土壤入渗参数产生较大影响,前者影响更大。3)越冬期和拔节期灌水时入渗系数变异系数最高分别为0.34和0.22,入渗指数变异系数最高分别为0.14和0.13。2次灌水期间相同处理入渗参数也发生了时间变异性,处理深松+旋耕+等行距和深松+旋耕+三密一稀的入渗系数和入渗指数均发生中等变异性,处理旋耕+等行距和旋耕+三密一稀发生弱变异性。4)在土壤入渗参数的变异性影响下,2次灌水过程中,不同处理水流运动时间均发生了变异性。5)基于土壤入渗参数变异性,确定了2次灌水不同耕作及种植方式冬小麦畦灌条件下土壤入渗系数和入渗指数。研究结果可为畦灌系统设计和管理评价提供理论依据和技术支撑。

关键词：入渗深松耕作种植方式水流运动

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跳汰过程中水流运动的数学模拟

中国矿业大学学报 2004年第3期33卷 254-258页

作者：匡亚莉欧泽深中国矿业大学化工学院江苏徐州221008

跳汰分选过程是水和颗粒两相流在交变力场作用下,实现颗粒按密度分层的运动过程.研究水流运动特性,对控制和改善颗粒分层状况有重要作用.针对模型跳汰实验系统中水流运动特性,利用高速动态分析系统,研究了跳汰过程中水流的运动参数方程... 详细信息

跳汰分选过程是水和颗粒两相流在交变力场作用下,实现颗粒按密度分层的运动过程.研究水流运动特性,对控制和改善颗粒分层状况有重要作用.针对模型跳汰实验系统中水流运动特性,利用高速动态分析系统,研究了跳汰过程中水流的运动参数方程.在对实时采集的大量数据观察分析的基础上,提出了一整套水流运动方程.结果表明,水流运动的位移曲线特性符合阻尼强迫振动规律,水流运动的位移、速度、加速度、受力、动能等运动参数与跳汰机风压有直接的线性关系,与跳汰周期、阻力、床层松散度等跳汰参数有明确的非线性关系.

关键词：跳汰分选数学模拟水流运动振动方程

生态浮床布设下城市明渠水流运动及净化作用研究进展

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生态浮床布设下城市明渠水流运动及净化作用研究进展

鄱阳湖水流运动与污染物迁移路径的粒子示踪研究

第六届城市水安全与水管理学术研讨会

作者：乔雅男马超姚烨徐奎天津理工大学环境科学与安全工程学院天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室

河道作为城市的重要组成部分,具有调节气候、涵养水源、改善生态多样性和环境舒适度等多种功能。近年来,随着城市化进程的推进,河道污染日益严重。生态浮床为城市河道净化提供了一种清洁、低维护和操作简单的解决方案,可通过吸收吸附过... 详细信息

河道作为城市的重要组成部分,具有调节气候、涵养水源、改善生态多样性和环境舒适度等多种功能。近年来,随着城市化进程的推进,河道污染日益严重。生态浮床为城市河道净化提供了一种清洁、低维护和操作简单的解决方案,可通过吸收吸附过滤等作用有效去除水体中氮、磷等可溶性无机盐以及颗粒性污染物。不可忽视的是,生态浮床上植物的发达根系在改善水质的同时,改变了明渠水流的内部结构,增加了流态的复杂性,从而进一步影响了污染物在水体中的迁移扩散。综上,本文对生态浮床布设下明渠水流运动及净化作用研究进展进行了论述,以期为未来生态浮床在城市河道中的应用提供指导和支持。

关键词：生态浮床城市明渠水流运动净化作用优化布设

来源： cnki会议评论

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长江流域资源与环境 2016年第11期25卷 1748-1758页

作者：李云良姚静李梦凡张奇中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理学重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室江西南昌330022

湖泊水流运动和污染物的迁移路径对湖泊水质起着关键作用。采用水动力和粒子示踪耦合模型,并结合野外粒子示踪实验来调查鄱阳湖洪水季节空间水流运动和污染物迁移路径。模拟结果显示,流域五河点源入湖污染物和湖区空间面源分布污染物均... 详细信息

湖泊水流运动和污染物的迁移路径对湖泊水质起着关键作用。采用水动力和粒子示踪耦合模型,并结合野外粒子示踪实验来调查鄱阳湖洪水季节空间水流运动和污染物迁移路径。模拟结果显示,流域五河点源入湖污染物和湖区空间面源分布污染物均会沿着不同方向迅速进入湖泊主河道,在快速水流推动下逐渐向北部湖区迁移,但部分污染物因东北部湖湾区存在顺时针方向环流而发生长时间滞留和富集。野外粒子示踪实验同样表明,东北部湖湾区污染物迁移路径随着该湖区水流运动表现得复杂多变,除了可以明显观察到顺时针方向的污染物运动,还可以发现污染物向湖岸边界和湖汊迁移,最终滞留在东北部湖湾区,而康山湖区污染物在快速水流推动下主要沿主河道向西北主湖区迁移,未发现污染物进入东北部湖湾区的迹象。鄱阳湖洪水季节水流运动和污染物迁移路径具有枯水期水流-污染物传输特性。模拟得出鄱阳湖洪水期的平均换水周期约89 d,表明其可能需要近3个月时间才能彻底完成一次换水。研究成果可为大型通江湖泊"江湖关系变化"研究提供参考,对保护"一湖清水"、保障长江中下游水环境安全具有重要现实意义。

关键词：水流运动污染物迁移路径水动力模型粒子示踪模型粒子示踪实验鄱阳湖