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台阶式溢洪道滑行水流水面线和消能效果的试验研究

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应用力学学报 2005年第1期22卷 30-35页

作者：张志昌曾东洋刘亚菲西安理工大学西安710048 西南交通大学成都610000

通过模型试验研究了台阶式溢洪道滑行水流的流态、水面线和消能效果.试验得出,台阶式溢洪道的水流流态分为台阶内部的旋滚流态和虚拟底板以上主流区的流态.台阶式溢洪道水面线的变化与来流量、台阶尺寸和掺气浓度有关.当水流进入台阶段... 详细信息

通过模型试验研究了台阶式溢洪道滑行水流的流态、水面线和消能效果.试验得出,台阶式溢洪道的水流流态分为台阶内部的旋滚流态和虚拟底板以上主流区的流态.台阶式溢洪道水面线的变化与来流量、台阶尺寸和掺气浓度有关.当水流进入台阶段时,水面由于失重有一定的降低,然后逐渐抬高至某一高度后再略有降低;在掺气发生点以前,水面线沿程降低,掺气发生点以后,水面线沿程升高;当水流掺气饱和时,水深沿程不再变化,为明渠均匀流.台阶式溢洪道的消能率是逐级台阶的累积效应.水流通过与台阶之间的碰撞、台阶上的水流漩滚以及水流内部的紊动剪切强化了溢洪道的消能效果.在试验范围内,台阶式溢洪道与光滑溢洪道比较,消能率可以提高40%～70%.通过试验,得出了台阶式溢洪道滑行水流水面线和消能率的计算方法.

关键词：台阶式溢洪道滑行水流水流流态水面线消能率

数值积分法计算抛物线形渠道恒定渐变流水面线

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农业工程学报 2014年第24期30卷 82-86页

作者：文辉李风玲惠州学院建筑与土木工程系惠州516007

针对目前差分试算法、迭代法及图解法求解水面线存在着计算过程繁复、误差较大的问题,该文通过对抛物线断面渠道恒定渐变流水面线微分方程进行恒等变形,并对引入的特征水深与特征湿周的关系进行分析及计算,重点考察工程实际中常用的特... 详细信息

针对目前差分试算法、迭代法及图解法求解水面线存在着计算过程繁复、误差较大的问题,该文通过对抛物线断面渠道恒定渐变流水面线微分方程进行恒等变形,并对引入的特征水深与特征湿周的关系进行分析及计算,重点考察工程实际中常用的特征水深范围为0.6-1.5 m的抛物线形断面渠道,依据最小二乘法进行回归分析将方程中的特征湿周由不可积函数替代为可积分的幂函数,实现了由有限差分逐一断面推算到数值积分法的直接求解。与现有方法相比,该抛物线形断面渠道恒定渐变流水面线简化计算公式具有工作效率明显提高、精度好的特点。实例计算及误差分析表明：在工程实用范围内（特征水深范围0.6-1.5 m）该公式最大相对误差仅为0.17%,对生产实践具有实用推广意义。

关键词：水力学计算设计抛物线形渠道数值积分法恒定渐变流水面线

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变步长法在天然河道水面线计算中的应用

哈尔滨工业大学学报 2007年第4期39卷 647-649页

作者：万五一江春波李玉柱清华大学水利水电工程系北京100084

试算法是计算天然河道水面线的常用方法之一.为了提高试算法的计算效率,以试算法的基本原理为基础,采用变步长的计算格式对天然河道水面线进行数值模拟,并分析步长变化系数对计算效率的影响,确定最优变化系数λ的取值范围为0.2~0.5.实... 详细信息

试算法是计算天然河道水面线的常用方法之一.为了提高试算法的计算效率,以试算法的基本原理为基础,采用变步长的计算格式对天然河道水面线进行数值模拟,并分析步长变化系数对计算效率的影响,确定最优变化系数λ的取值范围为0.2~0.5.实例表明,变步长格式比常规格式收敛速度快,在同等条件下,常规格式需要计算70000次的河道水面线,变步长格式只需计算600次左右.该方法提高了试算法的电算效率,能够应用于各种渠道和天然河道非均匀渐变流水面线的计算机模拟.

关键词：天然河道水面线试算法明渠

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珠江河网典型横向汊道水面线演变及成因

浙江大学学报（工学版） 2022年第7期56卷 1375-1384页

作者：王博芝李博魏稳欧素英蔡华阳杨清书中山大学河口海岸研究所广东广州510275 河口水利技术国家地方联合工程实验室广东广州510275 广东省海岸与岛礁工程技术研究中心广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000

以珠江河网中下游腹地的“四横两纵”横向汊道体系为研究靶区,采用余水位曲率、潮波衰减率公式及双累积曲线法,分析1960—2016年洪枯季的水面线演变过程及其与余水位曲率变化的对应关系,探究与之密切相关的人类活动影响机制.结果表明,1... 详细信息

以珠江河网中下游腹地的“四横两纵”横向汊道体系为研究靶区,采用余水位曲率、潮波衰减率公式及双累积曲线法,分析1960—2016年洪枯季的水面线演变过程及其与余水位曲率变化的对应关系,探究与之密切相关的人类活动影响机制.结果表明,1993年前人类活动以联围筑闸为主,此时水面线在中下游“南沙-容奇”洪季呈下凹型,枯季呈微上凸型(洪季曲率为正,均值为1.50×10^(−10) m^(−1),枯季曲率为−6.64×10^(−12) m^(−1)).在中上游“板沙尾-南华”洪枯季均为下凹型(曲率均为正,洪季均值为1.92×10^(−10) m^(−1),枯季为5.37×10^(−12) m^(−1)).1993年后,中下游河道受人为采砂和航道疏浚的影响,导致水位降低.围垦叠加海平面上升影响导致口门水位抬升,使得水面线在洪季的下凹程度增大(曲率为正,均值为3.98×10^(−10) m^(−1)),枯季由微凸变凹(曲率为正,均值为1.85×10^(−10) m^(−1)).中上游由于强烈的河道采沙和疏浚,导致中游来流量增大,另叠加桥梁建设对径潮流的阻滞作用,因而水面线在洪季和枯季均转为上凸型(曲率均为负,洪、枯季均值分别为−6.87×10^(−10)和−0.55×10^(−10) m^(−1)).

关键词：余水位坡度余水位曲率潮波衰减率水面线人类活动

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恒定渐变流水面线计算的一种迭代方法

水利学报 2005年第4期36卷 501-504页

作者：张建民王玉蓉许唯临刘辉高速水力学国家重点实验室四川大学四川成都610065 新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830000

本文将现行水面线试算方法改为收敛迭代计算以求解恒定渐变流水面线的数学模型。文中对方法的收敛性进行了分析,通过实例计算,表明该方法能够避免牛顿迭代方法复杂函数求导的困难和试算法不便于计算机编程计算等问题,计算精度较高,能够... 详细信息

本文将现行水面线试算方法改为收敛迭代计算以求解恒定渐变流水面线的数学模型。文中对方法的收敛性进行了分析,通过实例计算,表明该方法能够避免牛顿迭代方法复杂函数求导的困难和试算法不便于计算机编程计算等问题,计算精度较高,能够满足工程设计要求,并便于工程人员实际应用。

关键词：恒定渐变流水面线迭代方法收敛性分析

珠江河网横向汊道水面线演变过程及原因探讨——以东平水道为例

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热带地理 2021年第2期41卷 410-422页

作者：王博芝杨昊欧素英傅林曦蔡华阳杨清书河口水利技术国家地方联合工程实验室广州510275 广东省海岸与岛礁工程技术研究中心广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519000 中山大学海洋工程与技术学院河口海岸研究所广州510275

基于1960-2016年东平水道三水、紫洞、澜石、浮标厂月均潮差、余水位数据及三水、马口站月均流量数据,以1993年三水-马口分流比突变为切入口,探讨余水位坡度及潮波衰减率等径-潮动力改变下,东平水道水面线与余水位曲率的时空演变特征及... 详细信息

基于1960-2016年东平水道三水、紫洞、澜石、浮标厂月均潮差、余水位数据及三水、马口站月均流量数据,以1993年三水-马口分流比突变为切入口,探讨余水位坡度及潮波衰减率等径-潮动力改变下,东平水道水面线与余水位曲率的时空演变特征及其影响因素。结果表明:东平水道在1993年三水分流比剧增之后,1)余水位坡度或潮波衰减率与流量的双累积曲线斜率下降,即余水位坡度或潮波衰减率对流量的依赖性减弱;2)东平水道水面坡度整体下降且上游(紫洞-三水河段)降幅最大,不同季节坡度的变化率介于-67%~-4%,水面线由下凹转为上凸,即曲率由正转负。同时,曲率波动幅度明显减弱,1993年前曲率波动介于2×10^(-10)~5.48×10^(-10),而1993年后波动介于-0.9×10^(-10)~-0.07×10^(-10)。上述曲率变化在冬季较夏季显著;3)上述水面线异变的主要原因为,东平水道中上游河道挖沙导致河床地形大幅下切、水位下降、来水量增大,且同时期的航道疏浚加剧这一变化;下游主要受滩涂围垦影响,河道淤浅。以上地形变化导致河道中游径、潮流量增大,径-潮双向顶托使水面线转变为上凸型。受北江上游飞来峡水库调蓄影响以及过水断面宽深比、海平面变化等季节性调节作用,东平水道冬季水面线及曲率变化较夏季显著。

关键词：余水位坡度潮波衰减率余水位曲率水面线强人类活动

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WES溢流坝水面线的简化计算

应用力学学报 2020年第3期37卷 1321-1329,I0029页

作者：张志昌郝铭李星南西安理工大学水利水电学院西安710048

WES溢流坝是水利工程中最常用的坝面形式之一,研究坝面水面线的简化计算对于工程设计具有重要意义。根据前人对WES溢流坝水面线的试验研究成果,通过计算机作图、利用能量方程和动量方程,研究了溢流坝曲线段、陡坡段和反弧段水面线的简... 详细信息

WES溢流坝是水利工程中最常用的坝面形式之一,研究坝面水面线的简化计算对于工程设计具有重要意义。根据前人对WES溢流坝水面线的试验研究成果,通过计算机作图、利用能量方程和动量方程,研究了溢流坝曲线段、陡坡段和反弧段水面线的简化计算方法和WES曲线弧长的计算方法。提出了坝面曲线段和反弧段水面线的计算公式、溢流陡坡面水面线的显式计算公式、WES溢流坝曲线段曲线长度的计算公式。通过模型试验和前人实测资料对所提出的公式进行验证,结果表明,本文所提公式计算简单,WES曲线段最大误差为7.3191%、陡坡段最大误差为2.8363%、反弧段最大误差为3.6974%。

关键词： WES溢流坝水面线 WES曲线弧长简化计算

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明渠六圆弧蛋形断面水面线的近似计算

应用力学学报 2014年第6期31卷 952-958,1000页

作者：张志昌贾斌西安理工大学西安710048

根据蛋形断面的几何参数,计算了水深处于不同位置时的断面面积、湿周、水力半径;根据最小二乘法原理,拟合了相对面积21A/r、相对湿周1χ/r、相对水力半径1R/r、参数j′、Fr′2与相对水深1h/r的近似关系;在此基础上根据明渠水面线的一般... 详细信息

根据蛋形断面的几何参数,计算了水深处于不同位置时的断面面积、湿周、水力半径;根据最小二乘法原理,拟合了相对面积21A/r、相对湿周1χ/r、相对水力半径1R/r、参数j′、Fr′2与相对水深1h/r的近似关系;在此基础上根据明渠水面线的一般计算公式给出了分段试算法和积分法两种近似计算六圆弧蛋形断面水面线的方法,其中积分法为显函数关系式。由算例结果可以看出,与分段试算法相比,积分法可以直接计算水平线,更方便;采用两种方法所得结果的最大相差程度为1.44%,精度完全满足工程设计要求。

关键词：六圆弧蛋形断面明渠水面线近似计算

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梯形透水潜坝附近水面线及透水率

水利水电科技进展 2019年第2期39卷 66-71页

作者：王文森程永舟王小明黄筱云长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点试验室湖南长沙410114

为研究结构物的透水特性和水动力特性,利用PIV流场测量系统专用水槽物理模型试验与Flow3D数值模拟相结合的方法研究均匀开孔的梯形透水潜坝附近水面线及坝体透水率的变化规律。结果表明:潜坝附近壅水及水跌高度随透空率的增大而减小,不... 详细信息

为研究结构物的透水特性和水动力特性,利用PIV流场测量系统专用水槽物理模型试验与Flow3D数值模拟相结合的方法研究均匀开孔的梯形透水潜坝附近水面线及坝体透水率的变化规律。结果表明:潜坝附近壅水及水跌高度随透空率的增大而减小,不同透空率潜坝坝后水面均出现"逆坡现象"。相同断面平均流速条件下,水深越大,相对壅水高度越小;当水深大于2倍坝高时,坝体壅水效果逐渐消失。相同坝前远端水深条件下,随着断面平均流速增大,坝后水跌高度增大。最后利用数模计算结果经回归拟合得到透水率的综合计算公式,经验证该经验公式计算结果和实测值最大偏差不超过5%,具有一定的可靠性。

关键词：透水潜坝透空率透水率水面线