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[硕士论文] 邱阳凌
水利工程;水力学河流动力学 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:水利工程在为人类社会进步作出重要贡献的同时也不可避免的给流域生态环境带来了一定程度上的影响。针对当前西南地区水电大开发背景下所面临的生态环境问题,积极开展鱼类栖息地保护研究,尤其是探索能够有效缓解因干流水电开发对当地敏感、脆弱生态系统造成冲击、破坏的支流生境替代技术,对西南水电开发下鱼类生境保护维持区域生态安全具有重要意义。本研究选取金沙江白鹤滩库区左岸一级支流黑水河作为研究对象开展支流鱼类生境替代保护研究,通过模拟拆除黑水河第四级电站大坝—老木河大坝,综合考虑水文情势、水动力条件、泥沙输移、河床底质等因素的变化,针对选定的目标鱼类其栖息地适宜性曲线,采用模型预测的方法分析大坝拆除后河道水沙输移情势变异河流地貌变化对鱼类生境的影响,评价了支流拆坝对鱼类生境替代的可行性。获得的主要结论如下:
  1)2017年11月黑水河枯水季水生态调查结果表明,共鉴定出鱼类11种,隶属于2目4科10属,综合代表性受大坝阻隔影响等多方面因素选取宽鳍鱲作为本研究目标鱼类;主河道水动力条件主要表现为浅、急的特征,河床地貌空间异质性较高,营造出了复杂多样的水动力条件,为鱼类其他水生生物提供了丰富的生境单元类型。
  2)构建了黑水河二维水沙输移模型,模拟结果表明拆坝前库区泥沙淤积主要呈“三角洲形态”分布;拆坝后短期内库区泥沙主要表现为自上而下的水力侵蚀和自下而上的溯源侵蚀,下泄泥沙在河岸、深潭等流速放缓处落淤;大坝拆除后长期内,库区河道形态变化呈现“先下切、后拓宽”的趋势,其他河段有冲有淤。
  3)基于大坝拆除的河流生境恢复技术,预计可恢复约30km的鱼类自然流水生境通道,并有效提高了鱼类产卵期栖息地数量质量。拆坝虽然会在短期内给下游局部鱼类生境造成了一定程度上的影响,但是从长远角度上看,其生态恢复效益巨大。
[硕士论文] 费晓磊
水力学河流动力学 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:为了改善河流水环境,嘉兴市依托海绵城市建设,借助“引清济污”的调水手段来提升河道自净能力,加快河道的治理速度。基于现有工程设施,研究河流水动力条件,优化引排活水调度方案,对生产实践具有重要的意义。
  本文采用Saint-Venant方程组,建立了河网非恒定流数学模型,运用Preissmann四点加权隐格式,对方程组进行时间和空间离散,采用双松弛迭代法求解河网非恒定流。利用Sen和Garg提出的环状河网和Islam等人提出的拓扑型河网这两个算例对本文计算方法进行验证。在环状河网计算中,本文方法计算得出的各断面流量过程与Sen和Garg计算的各断面流量过程基本吻合。各断面流量过程线的计算峰值和文献中流量过程线峰值相对误差最大达到-2.67%。在拓扑型河网计算中,本文方法计算所得的流量过程和水位过程与Islam等人计算的基本吻合。各断面流量过程线的峰值和文献中流量过程线峰值相对误差最大达到1.17%,水位过程线的峰值和文献中水位过程线峰值绝对误差最大为-0.02m。计算研究表明:本文所提河网数学模型计算方法具有模拟复杂河网明渠水流运动的能力。
  本文对两种泵站抽排方案,观测了嘉兴市区12个典型断面的水位值,并利用观测的水位值对河网河道糙率进行了率定。率定后的河网模型在典型断面处的计算水位值和实际测量值的绝对误差基本在±0.05m以内,表明所建立的模型适用于所选定的区域且具有较高的精度。
  利用上述已经率定的嘉兴市区河网非恒定流数学模型,对低水位、常水位、高水位三种工况共57种方案进行数值模拟,以河网平均流速、滞水率、南湖入流量、重点河道平均流速作为优化指标,对三种工况下的外部方案、内外部结合方案、规划方案进行分析,并分别获得了泵站引排活水优化方案。
[硕士论文] 黄永俊
水力学河流动力学 广西大学 2017(学位年度)
摘要:在环境变化条件下,如何对海堤设计高潮位进行频率计算是值得深入研究的现实问题。文章以广西沿海为例,首先研究了影响潮位变化的主要环境因子台风海平面的变化情况;然后通过建模对主要环境因子变化条件下的潮位变化进行了分析;再利用小波分析与一元线性回归相结合的方法对各环境因子综合变化条件下的潮位变化进行了分析;最后基于时间序列分解合成的非一致性水文频率计算假定对潮位序列进行分解合成计算,确定了环境变化条件下的海堤设计高潮位计算方法。
  利用滑动平均法、spearman分析法R/S重标极差法对影响广西沿海的台风进行分析时发现:1949~2015年影响广西沿海的台风频数下降、强度和年强度极值上升;未来影响该区域的台风频数、强度、年强度极值均上升。总结相关研究发现:2000年后,广西沿海的海平面整体上呈波动上升趋势;未来30年,广西沿海海平面将继续上升,年上升速率为2mm/a~4mm/a。
  利用MIKE21软件建立北部湾海域数学模型对主要环境因子变化条件下的潮位变化进行分析时发现:台风强度增加会拉大潮位差,海平面上升则会整体抬升潮位;在二者的共同变化条件下,风暴潮最大增水时的潮位将上升。在潮位分析的同时分析风暴潮增减水波高变化发现:风暴潮增减水波高受台风作用影响较大,而受海平面变化影响较小。
  利用小波分析与一元线性回归相结合的方法对各环境因子综合变化条件下的潮位变化进行分析时发现:北海站年最高潮位以4.9mm/a的速度显著上升,这会导致利用现有规范计算得到的海堤设计高潮位存在高度不适应潮位变化的问题,会增大海堤的漫堤或溃堤风险。
  基于时间序列分解合成的非一致性水文频率计算假定,利用一元线性回归、一阶傅里叶级数、皮尔逊三型曲线对潮位序列的趋势项、周期项、随机项进行拟合计算,在此基础上利用四种方法进行海堤设计高潮位合成计算;经分析可知分布合成法效果最好,趋势项+ARIMA模型预测合成法次之,数值合成法效果不太理想,趋势项+周期项预测合成法效果最差。对于环境变化条件下的海堤设计高潮位的计算问题,建议采用分布合成法进行相关计算。
[硕士论文] 潘云文
水利工程;水力学河流动力学 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:粗糙床面在自然界中广泛存在,床面粗糙特性与河流动力学中的许多问题(如泥沙起动、河床阻力、推移质运动等)密切相关,但床面粗糙特性的科学量化一直是河流动力学的难点,也是目前尚未有效解决而又充满挑战的课题。本文在对天然卵砾石床面进行深入调查的基础上将其分类概化,基于床面激光扫描试验资料,应用统计分析方法和分形几何理论开展人工铺制散叠型卵砾石床面粗糙特性研究。取得如下主要研究成果:
  (1)卵砾石床面高程的中数、众数约等于平均高程;相对高程频率分布呈负偏态、高狭峰,其负值跨度区远大于正值跨度区。
  (2)均匀颗粒床面高程的标准差随粒径的增大而增大,可作为均匀颗粒床面粗糙特性的优良量化指标。
  (3)卵砾石床面的变异特征与球状模型最为接近,球状模型可作为卵砾石床面变异性分析的最优模型。
  (4)卵砾石床面横纵向剖面轮廓平均变异函数与床面特征方向平均变异函数的基台值和块金常数基本相同,而变程却存在较大差异。
  (5)剖面轮廓和粗糙床面的分形尺度区宽度与床面颗粒中值粒径d50有关,上临界尺度可分别取为(0.5~1.5)d50和(0.8~2.1)d50,平均宽分别约为d50和1.5d50。
  (6)粗糙床面分形维数与覆盖基准面位置有关,当覆盖基准面取平均床面时,分形维数取得真实值,且随床面变化较为敏感,可有效量化和区分床面粗糙特征。
  (7)不同方向剖面轮廓的分形维数差异较大,剖面轮廓具有不同程度的各向异性;剖面轮廓分形维数的频率分布具有双峰特征。
  (8)均匀砾石颗粒床面粒径越大,床面高程标准差越大,偏度越小,分形维数越小。
  (9)非均匀卵砾石颗粒床面级配组成相同时,中值粒径越大,分形维数越小;中值粒径相同时,颗粒组成越不均匀,分形维数越大;床面高程极差、标准差、偏度(绝对值)和峰度越大,分形维数越小。
  (10)床面整体分维随剖面轮廓分维的增大而增大,数值上略大于局部分维;粗糙床面分维的变异性明显小于剖面轮廓分维,两者异性指数相差一个数量级,粗糙床面分维具有良好的稳定性,可作为粗糙床面特征的综合量化参数。
[硕士论文] 孙倩
水利工程;水力学河流动力学 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:闸墙长廊道输水系统是一种特别适用于中低水头船闸的简单式分散输水系统。在输水过程中,闸室水流条件与船舶停泊安全紧密相关,目前对于输水过程闸室水流条件的研究,多以物理模型原型观测为主,在三维数值模拟方向尚未成熟和系统研究,本文对闸墙长廊道输水系统进行三维数值模拟,对船闸输水过程闸室水流条件的研究拓展了一种新方向。
  本文以孟洲坝二线船闸为依托,以数学模型为主,运用物理模型验证数学模型。建立了1∶1的船闸整体输水系统三维数学模型,运用Gambit软件划分计算网格,采用RNG k~ε紊流模型,通过动网格技实现阀门的开启过程,结合VOF自由水面处理技术,对船闸灌水过程进行三维数值模拟,获取船闸灌水过程流场动态。运用物理模型试验测量的闸室各项水力指标对数学模型进行验证,结果表明两者吻合较好。初步认为三维数值模拟是船闸水动力学研究的有效途径。
  孟洲坝二线船闸灌水过程数值模拟结果表明,充水阀门方面:在阀门开启过程中,阀门后出现了逆时针洄旋。随着阀门开度的增加,洄旋范围逐渐减小并向上游和廊道顶部附近移动;当阀门全开时,洄旋消失。阀门段的流速、紊动能和紊动耗散率随阀门开启呈先增大后减小的趋势,整个阀门开启过程阀门段未出现负压。
  闸室流态方面:在灌水初期,侧支孔水流自上游至下游依次出水,闸室上游段的整体流速大于闸室下游段整体流速;在灌水中后期,由于惯性作用,闸室下游段的整体流速逐渐大于上游段整体流速。在整个充水过程中,闸室、侧支孔的流速随时间呈先增大后减小的趋势,单个支孔出流情况表明,随着支孔流速的增大,下游侧支孔射流末梢摆动明显大于上游支孔。
  通过对比有槛方案和无槛方案得出:有槛方案由于消力槛的阻挡作用,闸室内的整体流速明显小于同一时刻无槛方案的流速,有槛方案最大紊动能、最大紊动耗散率远远小于无槛工况。因此,说明消力槛起到了良好的消能作用。
  通过本论文的研究,为其他较复杂型式的输水系统和船舶与水流的耦合研究奠定了良好的基础,促进了船闸水力学学科发展。
[硕士论文] 王莹莹
水力学河流动力学 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:灌区量水设施是衡量灌区用水管理水平的重要标尺,是对灌区用水量进行监控和计量的基本条件。研究经济实用的量水设施对灌区节水、缓解水资源短缺有重要的意义。
  薄壁堰的量水精度一般高于槽类量水设施。侧堰作为一种量水设施,安装在渠道侧边,直接与小型渠道或田间进水口连通,无需改变渠道断面结构,具有体型简单、安装拆卸方便、精度较高等优点,具有很好的应用价值。但目前对侧堰水力特性影响因素以优化选型等方面的研究还不深入。本文在前人研究的基础上,对矩形渠道6种不同堰高和4种不同堰宽的矩形侧堰在6种不同流量工况下进行144组试验,对矩形渠道7种不同堰顶角度的梯形侧堰在6种流量工况下进行42组试验,并采用FLOW-3D软件对渠道侧堰进行了数值模拟计算。结合试验和模拟数据,分析了侧堰附近水面线、水头损失、壅水高度、断面流速分布、水流流态等水力因素以流量系数与其影响因素之间的关系,主要研究内容结论如下:
  (1)基于无量纲分析原理,对侧堰测流原理进行理论分析,并结合试验数据推导了侧堰测流流量公式;
  (2)分析了矩形侧堰的试验结果和模拟结果,得到了主渠道堰前水面线和侧堰附近断面流速分布的变化规律,以堰宽和堰高对矩形侧堰水头损失壅水高度的影响;对比分析了水面线和断面流速分布的实测值和模拟值,两者吻合较好,说明基于FLOW-3D软件的数值模拟结果比较可靠;拟合得出的流量公式最大相对误差为9.87%,平均相对误差为0.46%,满足灌区测流精度要求。
  (3)分析了梯形侧堰的试验结果和模拟结果,得到了主渠道堰前水面线和侧堰附近断面流速分布的变化规律,以侧堰堰顶角度对梯形侧堰水头损失壅水高度的影响;对比分析了水面线和断面流速分布的实测值和模拟值,两者吻合较好,说明基于FLOW-3D软件的数值模拟结果比较可靠;拟合得出的流量公式最大相对误差为-8.97%,平均相对误差为-3.83%,满足灌区测流精度要求。
  (4)基于矩形侧堰和梯形侧堰的试验结果和模拟结果,综合分析了侧堰水流流态、水头损失、壅水高度测流精度等水力特性,对矩形侧堰和梯形侧堰进行了优化选型,矩形侧堰堰宽不宜过小,堰高不宜过高;梯形侧堰堰顶角度不宜过大。针对本文所做的试验,选择的矩形侧堰适宜堰高为10~15cm,适宜堰宽为30~40cm,梯形侧堰适宜堰顶角度为-6°~6°。
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