Primary study on circulation structures and vortex-scale characteristics of Huanghuacheng reach in the Three Gorges Reservoir area
-
摘要: 弯道水流结构在天然河流形态演变过程中起着重要作用,为进一步深化对弯道环流结构与紊动特性的认识,以三峡库区黄花城河段具有的连续弯道为研究对象,采用声学多普勒剖面流速仪(ADCP)开展原型三维瞬时速度测量,初步分析弯道环流结构与湍流结构尺度分布特性。研究结果表明:三峡库区黄花城河段存在河道层面宏观尺度的弯道环流结构;受局部壅水以及河床地形影响,在测量垂线上表现为全水深环流结构或双环流结构特征;超大尺度湍流结构仍然存在于库区连续弯道河流中,但尺度以及分布受弯道环流结构影响较大。Abstract: Bend flow structure plays an important role in the evolution of natural river morphology. In order to further deepen the understanding of circulation structures and turbulence characteristics in the bends. Taking the continuous bend in Huanghuacheng reach of the Three Gorges Reservoir area as the research object, Acoustic Doppler Current Profiler(ADCP) was used to carry out prototype three-dimensional instantaneous velocity measurements. Scale distribution characteristics of bend circulation structures and turbulence structures were further analyzed. Results show the presence of macro-scale channel circulation structures in the Huanghuacheng reach. Due to the influence of local backwater and riverbed topography, measured vertical lines were characterized by full-depth circulation structure or double-circulation structure. Very large-scale turbulence structures still exist in the continuous curved rivers of the reservoir area, but their scale and distribution are greatly affected by the curved circulation structures.
-
弯道作为天然河流中广泛存在的一种形态,水动力条件与泥沙运动过程极为复杂,是河流动力学和地貌学的重要研究对象,对河道冲淤演变有重要作用[1-2]。位于三峡水库常年回水区的重庆忠州黄花城河段为典型的分汊连续弯道河段,有3个连续弯道且曲率较大,三峡水库蓄水以来局部区域出现淤积高度达50 m的冲泻质泥沙淤积造床,迫使航槽易位,增加船舶航行风险[3]。该河段弯道较急,同时受三峡常年回水区的壅水影响,导致水流条件复杂,水沙运动规律认识不清。
近年来国内外学者对弯道水流结构特征进行了大量研究,主要围绕演变动力过程[4]、泥沙横向输移[5-6]以及水流紊动特性[7-9]等方面。在规则几何弯道水流结构研究方面,马淼等[10]在90°弯道明渠中研究了小宽深比条件下弯道径宽比与湍动能及环流强度之间的关系,提出了传统超高理论公式适用的径宽比判别临界值; 白若男[11]使用PIV测量系统对高精度U型弯道的13个断面进行三维流速测量,分析了弯道内水流特征与上下游之间的相互作用关系; 张炳昌等[12]基于大涡数值模拟方法研究了大宽深比正弦派生曲线弯道水槽中的三维水流运动,揭示了弯道水流紊动能以及弯顶附近涡量的变化规律。关于室内连续弯道水流结构的研究,目前仍以二次流现象及其作用分析为主[13-16],对二次流内在机制认识不深; 而对于天然连续弯道河流,多通过建立数值模型分析水沙运动趋势[17]。另外,随着测量技术的提高,明渠湍流结构逐渐得到认识,发现湍流结构不是完全随机的过程,而是包含着有序的大尺度湍流结构和无序的小尺度湍流结构在空间上的强三维运动[18-20]。大尺度湍流结构占有大部分的湍动能,对小尺度湍流结构有调控的作用,同时在物质输运的起动、扩散、落淤等过程中扮演着非常重要的角色[21-23]。现有成果集中在经典的壁面湍流,对于弯道湍流结构研究较少,对于天然河流连续弯道中的环流结构以及湍流结构研究等方面认识不充分。
本文针对三峡库区常年回水区内重庆忠州黄花城河段具有的分汊连续弯道河段,采用声学多普勒剖面流速仪(ADCP)开展三维瞬时速度原型观测,从平均速度垂线分布、弯道环流结构、紊动强度垂线分布、超大尺度湍流结构瞬态特征以及脉动速度功率谱等方面初步分析了天然连续弯道河段的水流结构与涡尺度特性。
1 观测布置与方法
1.1 原型观测布置
基于专业的测量船舶搭载ADCP,开展重庆市忠州黄花城河段主要断面的三维瞬时垂线速度的原型测量,测量垂线布置见图 1(a)。根据地形资料,结合水位信息,给出了测量时河段的水深(H)分布情况(图 1(b)),可以看出分汊河段的左汊水深较浅; 水流从弯道入口(S1)断面进入,主流靠右汊向前运动。由于测量采样时间较长,考虑测量船舶长时间稳定性以及不影响上下行船舶通航等问题,在航道边缘初步确定了5条测量垂线,分别位于弯道入口、弯道中段、左汊、右汊和出口平顺段,测量位置和河道水深分布如图 1所示。
由于对每条测量垂线实施测量时,需要经过船舶定位、设备安装、采样、设备回收等过程,因此,5条测量垂线的数据采集分别在连续的5d内完成(2013年8月11—15日)。5 d测量时段内,流量大小略有变化,左汊(S3)和右汊(S4)统计流量值为各支汊流量大小。结合各垂线水位以及水面比降(J)的变化情况来看,水深以及水面比降变化相对较小; 流量(Q)的改变会引起垂线时均速度(u)绝对大小的改变,但对流速沿水深方向上的分布趋势影响较小,弯道呈现的环流结构形式不会受此影响。因此,测量数据能够初步反映时均速度剖面分布、弯道环流结构以及超大尺度湍流结构特征。测量垂线处的水流参数见表 1。
位置 水位/m 离岸距离/m H/m B/m 宽深比 u/(m·s-1) θ/ (°) Fr J/10-5 Q/(m3·s-1) 测量时长/min 入口(S1) 150.44 128 17.9 1 200 67.1 0.354 11.66 0.026 74 2.0 28 000 227.0 中段(S2) 150.37 290 29.3 1 700 58.0 0.307 170.68 0.018 11 2.0 22 700 245.0 左汊(S3) 149.44 346 9.9 1 200 121.4 0.305 192.57 0.030 99 0.5 11 520 80.0 右汊(S4) 149.65 251 34.1 820 24.0 0.794 184.96 0.043 41 4.0 19 200 237.7 出口(S5) 149.37 200 35.8 987 27.6 0.845 -23.40 0.045 12 6.0 21 500 243.7 注: B为河宽; θ为主流方向角; Fr为弗劳德数。 1.2 观测设备
1.2.1 测量船舶及设备
原型测量使用长江重庆航运工程勘察设计院专业测量船,船体总长30 m,型宽8 m,型深3 m,总吨位300 t; 采用抛锚系泊,起锚拉力为45 t。在实施测量时,测量船舶采用船头抛锚拉紧定位; 为防止船尾在水流扰动下的左右摆动,采用约1 t重型锚石,用钢缆拉紧固定于船尾。为检验船体的晃动大小,使用摄像机对岸边和船体上标志性的物体同框内进行长时间拍摄,判断船体与岸边的相对位移。如图 2,选择了视频中3个时刻,分别代表了前、中、后3个时间段,图中靠右为船上固定的钢管。可以看出,3个时刻船体有较小的晃动,总历时约250 s,相对于远处的航标船有从左向右的缓慢运动。流速测量采用的ADCP采样频率为1 Hz,而船舶的运动则是非常低频的运动,因此。测量船舶能够保证流速仪得到可靠的测量结果。
船舶在测量时采用船头迎水进行抛锚定位,船舶左侧是靠近岸边一侧,因此,将ADCP布置在测量船舶的右侧,测量垂线为靠河道中心一侧。ADCP由连接钢管延伸入水面以下约0.5 m,并固定于船上,采用在线测量方式进行数据采集。
1.2.2 三维流速测量
ADCP能够同时测量沿水深方向多点三维瞬时速度,现已广泛应用于海洋、河口、江河、湖泊等大尺度测流,与单点式流速测量方法相比,具有测量范围广、适应性强、测量效率高、操作方便等特点[24]。ADCP野外测量基于东方、北方和垂向的地理坐标系,流速量程为-5~5 m/s,测量精度为±0.3 cm/s[25]。实施测量时需要根据垂线位置处水深划分测量单元以及设置采样频率,本文按0.5 m进行分层采样,设置采样频率为1 Hz,各断面测量时长详见表 1。
1.3 数据处理与分析方法
1.3.1 坐标系转换
由ADCP测量得到的三维瞬时速度是基于地理坐标系下的3个速度分量,分别代表着东向(E)、北向(N)和垂向(U)的速度大小; 而在研究分析时,通常采用以主流为纵向(X)、水深方向为垂向(Y)以及展向(Z,垂直于X-Y平面)的局部坐标系(见图 1(a)中绿色坐标系)。因此,需要进行坐标系转换,将流速大小投影到局部坐标系下。通过计算北向平均速度与东向平均速度,得到主流方向角; 将地理坐标系旋转θ得到以主流方向为X的新坐标系分量,垂向流速保持不变。2个坐标系下的速度分量关系公式表示如下:
$$ U(y, t)=V_{\mathrm{E}}(y, t) \cos \theta+V_{\mathrm{N}}(y, t) \sin \theta $$ (1) $$ W(y, t)=V_{\mathrm{N}}(y, t) \cos \theta-V_{\mathrm{E}}(y, t) \sin \theta $$ (2) $$ V(y, t)=V_{\mathrm{U}}(y, t) $$ (3) 式中:U(y, t)、V(y, t)、W(y, t)分别为纵向、垂向和展向瞬时速度,m/s; VE(y, t)、VN(y, t)、VU(y, t)分别为地理坐标系下E、N、U方向速度分量,m/s。
1.3.2 功率谱及预乘功率谱
功率谱分析方法常用于解析超大尺度湍流结构尺度的分布特征。因实测数据为离散信号,采用加窗的离散傅里叶变换计算流速功率谱:
$$ E_{i}\left(f_{x}\right)=\sum\limits_{n=0}^{N-1} u_{i}^{\prime}(n) W(n) \exp \left[\left(\frac{-p 2 \pi}{N}\right) x n\right] $$ (4) 式中:u′i为脉动速度,i=u、v,分别为纵向和垂向脉动速度分量; p为复数; fx为频率分量,其中x=0, 1, …N-1; W为窗函数,本文使用Hamming窗函数改善傅里叶变换引起的频率泄露。功率谱由直接法计算得到:
$$ S_{i j}\left(f_{x}\right)=\frac{1}{N M}\left[E_{i}\left(f_{x}\right) E_{j}^{*}\left(f_{x}\right)\right] $$ (5) 式中:$M=\frac{1}{N} \sum\limits_{n=0}^{N-1} W^{2}(n)$为窗函数量纲一化; j=u, v, 分别为纵向和垂向功率谱分量。基于泰勒冻结假定和迁移速度,可由功率谱换算为相应频率的波数谱:
$$ S_{i j}\left(k_{x}\right)=\frac{u(y)}{2 \pi} S_{i j}\left(f_{x}\right) $$ (6) $$ k_{x}=\frac{2 \pi f_{x}}{u(y)}=\frac{2 \pi}{\lambda_{x}} $$ (7) 式中:kx为波数; λx为波长; u(y)为采用ADCP测量得到的时均剖面速度。
本文采用50H的长度作为窗函数长度,对测量流速信号进行分窗计算功率谱,之后采用20%带宽滑动平均滤波函数对功率谱进行滤波[26]。在5个测量垂线处,ADCP测量样本量分别达到270H、154H、148H、332H和345H,对超大尺度湍流结构的采样样本量约20~70次,基本能够反映其尺度以及湍动能分布特征。
2 结果与讨论
2.1 断面形态与水面横比降分析
收集了测量断面在典型年份的地形以及测量时段的水面线资料[3, 27] (图 3)。从图 3可以看出,忠州黄花城河段在2012年之前呈现累积性淤积,2012年之后淤积强度减小,趋于相对稳定。
按经典弯道水沙运动规律可知,泥沙通常会落淤在弯道的凸岸,凹岸出现冲刷,但S1断面的凹岸累积淤积达20 m,表现出独特的淤积现象; S2断面主要淤积在左岸区域,结合图 1(b)水深平面分布,可以看出左岸的淤积区域延伸到整个左汊入口且纵向上的淤积体达到了S3断面; S3断面整体表现为平淤,河道中间淤高与S2断面左岸淤积体呈连通体; S4断面表现为河道两侧有局部淤积,河道中间区域地形相对比较稳定,冲淤变化不大; S5断面在右岸(凸岸)存在少量淤积,左岸(凹岸)为弯道顶点,受水流顶冲,多年地形稳定。
为了反映水面横向比降,图 3采用水位线体现测量断面的水面高程变化。5个测量断面上的水面横比降均表现为凹岸水面高于凸岸水面,两岸水位差依次为0.090 m、0.036 m、0.007 m、0.040 m和0.080 m,S1和S5断面分别作为第一弯道和第二弯道的顶点,水面横比降最大,可见在库区壅水影响下,弯道水流仍可以表现出弯道环流结构的水力特征。
2.2 时均速度剖面分布
图 4给出了5条测量垂线处的3个速度分量时均速度(u(y)、v(y)、w(y)分别为X、Y、Z方向的时均速度)剖面分布,从图中可以看出,5条测量垂线的纵向时均速度剖面分布表现出2种不同的变化趋势,入口(S1)与左汊(S3)纵向流速沿水深增加呈先增大后减小的趋势,中段(S2)、右汊(S4)和出口(S5)的纵向剖面速度沿水深增大呈单调增加趋势。
入口(S1)垂线处纵向时均流速随水深增加呈先增大后减小的变化趋势,最大流速达到0.45 m/s,展向流速方向随水深增加呈先向左、再向右、再向左的变化过程,而垂向时均速度在整个水深范围内均趋于0。结合弯道平面形态、水面横向比降以及断面地形特征,初步认为由于右岸河床的淤积顶托底部水体,形成向左的流动趋势; 表面水流受弯道顶点处急弯岸壁的阻水作用,水面壅高,减小了表面纵向水流速度,进而导致中部水体纵向流速较大且呈向右运动趋势。左汊(S3)的时均速度沿垂线变化过程与入口(S1)垂线处时均速度分布类似,纵向时均速度先增加后减小,最大流速达到0.39 m/s,展向流速方向呈现出先向右、再向左、再向右的变化趋势,与左汊(S3)处的河道平面形态有关。
中段(S2)、右汊(S4)和出口(S5)测量垂线的纵向剖面速度沿水深增加不断增大,在水面区域达到最大值1 m/s左右。中段(S2)的展向流速方向表现为0.4H以下向左、0.4H以上向右; 右汊(S4)与中段(S2)相似,展向流速方向表现为0.6H以下向左、0.6H以上向右,结合河道平面形态以及断面地形特征,可以判断测量垂线处于一个面向下游视角的顺时针旋转环流结构中; 出口(S5)的展向流速方向与中段(S2)、右汊(S4)相反,表现为0.4H以下向右、0.4H以上向左,处于一个面向下游视角的逆时针旋转环流结构中。中段(S2)、右汊(S4)和出口(S5)测量断面时均流速分布均符合经典的弯道水动力学特征[28]。
2.3 垂线环流结构特征
图 5列出了5条测量垂线的三维时均速度矢量图。从图中可以看出,5条测量垂线上都存在不同尺度呈顺时针或逆时针旋转的环流结构,在入口(S1)和左汊(S3)表现为双环流结构,在中段(S2)、右汊(S4)以及出口(S5)表现为全水深的单环流结构。
入口(S1)测量垂线上存在双环流结构(图 5(a)),上层环流结构为逆时针旋转,底部环流结构为顺时针旋转; 仅从速度方向来看,整个水深从上至下可分为3层水体,尺度约为3 m、8 m和5 m,相对尺度分别为0.17H、0.45H和0.28H; 双环流结构的上层半径约为3 m,底部环流结构半径约为5 m; 从流速分布特征来看,底部展向速度最大,最大流速达到了0.1 m/s。按弯道水流原理,水流在经过弯道入口处时,在垂线上纵向流速沿水深增加是逐渐增大,水流所受离心力(ρu(y)2/R,ρ为密度,R为弯道半径)沿水深增加也不断增大,而由水面横比降所产生的压力沿水深是均匀分布的,两者的合力使表层水流流向凹岸,底层水流流向凸岸,所以弯道入口(S1)处横向环流呈顺时针旋转[15, 29-30]; 受三峡水库库区壅水以及急弯影响,导致弯道入口(S1)处水面区域纵向速度减小,引起水面区域离心力减小; 同时由于河床淤积,顶托底部水流,综合导致了中层水流的流速为垂线上最大。在河道大尺度层面有宏观的弯道环流运动结构,在局部区域受壅水以及地形影响,宏观的大尺度环流结构下移并形成水面区相对较弱的逆时针旋转环流结构。左汊(S3)测量垂线上有类似的双环流结构(图 5(c)),大尺度受局部区域特征影响,形成次生环流结构。
另外一种情况表现为全水深范围内的单环流结构,如中段(S2,图 5(b))、右汊(S4,图 5(d))以及出口(S5,图 5(e))等测量垂线。中段(S2)和右汊(S4)2条测量垂线上环流结构相似,均表现为顺时针旋转。从水流速度方向的转折点来看,中段(S2)的转折点在y=12 m左右,相对水深为0.41H; 右汊(S4)的转折点在y=20 m左右,相对水深为0.59H,说明旋转中心有向水面靠近的变化趋势。同时,从展向流速分布特征可以看出,右汊(S4)表面环流结构相对于中段(S2)有明显的增强。出口(S5)处弯道与右汊反向,所以其环流结构表现为逆时针旋转; 出口(S5)的转折点在y=16 m左右,相对水深为0.45H,水流经过右汊进入急弯出口段,旋转中心向下移,向床面靠近。这个变化过程初步认为是由于中段(S2)、右汊(S4)以及出口(S5)水流速度较大,水动力较强,大尺度弯道环流结构较强,而三峡水库壅水影响主要在表面区,引起了环流结构下移的变化趋势。
2.4 紊动强度剖面分布
受三峡水库回水影响以及无法对近床面流速进行高精度测量,难以准确计算得到测量垂线处的摩阻流速。因此,本文计算的相对紊动强度由脉动速度的均方根除以剖面速度进行量纲一化,反映不同水深处流速脉动相对于时均均值的紊动强弱。相对紊动强度计算公式如下:
$$ u_{\mathrm{rms}}(y)=\sqrt{\overline{u^{\prime}(y)^{2}}} / u(y) $$ (8) 式中:urms(y)为测量点纵向相对紊动强度; u′(y)为测量点纵向脉动速度。相应地,vrms(y)、wrms(y)分别表示垂向与展向相对紊动强度,计算方法相同。
图 6给出了5条测量垂线的相对紊动强度剖面分布情况,从图中可以看出,相对紊动强度剖面分布大体表现为2种变化趋势。入口(S1)和左汊(S3)测量垂线的相对紊动强度沿水深增加有先减小后增大的变化趋势,这与2条垂线存在的双环流结构有一定关系,环流结构的存在加剧了水体的脉动,使相对紊动强度在水流核心区域最小,而在水面和底部附近较大,与王虹等[31]在连续急弯模型试验中发现的规律相似。中段(S2)、右汊(S4)和出口(S5)3条垂线的相对紊动强度沿水深增加有单调递减的变化趋势,其中相对紊动强度在纵向和展向分布上大小相当,与罗红春等[32]的研究成果相符。
2.5 高低速条带结构瞬时运动特征
图 7描绘了弯道中段(S2)测量垂线的高低速条带结构瞬时运动图,是基于ADCP测量瞬时流速采用泰勒冻结假定以及雷诺分解得到的空间脉动速度场[33]。以垂线时均速度(U)作为迁移速度,选取0.05U作为高低速条带的判别阈值; 图中红色区域表示纵向脉动速度大于0.05U的高速条带结构,蓝色区域表示纵向脉动速度小于0.05U的低速条带结构。x/H表示条带结构的纵向运动尺度。
二维高低速条带结构的瞬时运动能够初步反映水流中大尺度或超大尺度湍流结构在纵向上的变化。如图 7所示,Ⅰ区域代表的是以低速条带结构为主的大尺度涡结构,在纵向尺度上达到3H左右,大约占据了0~0.8H的水深范围; Ⅱ区域代表的是以高速条带结构为主的大尺度流向涡结构,在纵向尺度上达到1.5H左右,大约占据了0.2H~1H的水深范围; Ⅲ区域代表的是以高低速条带结构相互掺混充分发展的大尺度拟序结构。图 7仅反映了天然河流中湍流结构的瞬时运动短暂情况,可见瞬时运动过程存在多尺度湍流结构的相互掺混影响,运动过程较为复杂,需要进一步基于功率谱来分析其统计意义上的尺度分布特征。
2.6 涡尺度分布特征
基于功率谱计算方法,图 8给出了5条测量垂线标准化的纵向脉动速度预乘波数谱(kxSuu(kx))来分析忠州黄花城河段涡尺度沿垂线的分布特征,用各个测点的预乘波数谱除以垂线预乘波数谱的最大值得到标准化后的预乘波数谱,在图中用E表示,纵坐标λ/H表示湍流结构尺度与测量垂线处水深的比值。目前,常用λ/H=3作为超大尺度与大尺度湍流结构的划分标准。
从图 8可以看出,入口(S1,图 8(a))和左汊(S3,图 8(c))测量垂线在水面和床面分别具有1个超大尺度涡结构,尺度达到20H左右; 弯道中段(S2,图 8(b))、右汊(S4,图 8(d))和出口(S5,图 8(e))测量垂线上大尺度涡结构占据了主要的能量,尺度大小为1H左右; 超大尺度结构沿水深增加表现出增大的趋势,尺度达到10H左右。
5条测量垂线处的涡尺度沿垂线分布表现为2类主要尺度,在10H左右的超大尺度结构和在1H左右的大尺度结构; 该分布特点总体上与其他壁面湍流的涡尺度分布特征有相似之处[34-35]。然而,在弯道河段中超大尺度结构的尺度分布特征有新的特点,以具有双环流结构的入口(S1)和左汊(S3)的超大尺度结构尺度分布特点最为突出,表现为在垂线上有2个水深位置具有超大尺度结构。
3 结论
通过对三峡库区黄花城河段进行三维瞬时流速原型观测,分析连续弯道的水流结构和紊动特性,主要得到以下结论:
(1) 基于测量垂线时均流速旋转方向表现出的环流结构特征,可以推断黄花城连续弯道河段存在河道层面宏观尺度的弯道环流结构。
(2) 入口断面既是上一弯道顶点又是下一弯道入口,其弯道环流结构受河道层面宏观的弯道环流运动主导和局部壅水以及地形影响,表现为河道大尺度弯道环流结构下移并形成水面区相对较弱的逆时针旋转环流结构,呈现双环流结构特征。
(3) 库区连续弯道河段仍能形成超大尺度湍流结构,尺度大小与经典壁面湍流中超大尺度结构量级相当,但在垂线上的分布表现为受环流结构影响较大。
-
表 1 水流与ADCP测量参数
Table 1 Flow and ADCP measurement parameters
位置 水位/m 离岸距离/m H/m B/m 宽深比 u/(m·s-1) θ/ (°) Fr J/10-5 Q/(m3·s-1) 测量时长/min 入口(S1) 150.44 128 17.9 1 200 67.1 0.354 11.66 0.026 74 2.0 28 000 227.0 中段(S2) 150.37 290 29.3 1 700 58.0 0.307 170.68 0.018 11 2.0 22 700 245.0 左汊(S3) 149.44 346 9.9 1 200 121.4 0.305 192.57 0.030 99 0.5 11 520 80.0 右汊(S4) 149.65 251 34.1 820 24.0 0.794 184.96 0.043 41 4.0 19 200 237.7 出口(S5) 149.37 200 35.8 987 27.6 0.845 -23.40 0.045 12 6.0 21 500 243.7 注: B为河宽; θ为主流方向角; Fr为弗劳德数。 -
[1] 赵维阳, 杨云平, 张华庆, 等. 三峡大坝下游近坝段沙质河床形态调整及洲滩联动演变关系[J]. 水科学进展, 2020, 31(6): 862-874. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.06.006 ZHAO W Y, YANG Y P, ZHANG H Q, et al. Adjustment patterns and causes of the morphology of sandy riverbed downstream of the Three Gorges Dam[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(6): 862-874. (in Chinese) doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.06.006
[2] 张为, 吴美琴, 李思璇, 等. 三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理[J]. 水科学进展, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002 ZHANG W, WU M Q, LI S X, et al. Mechanism of adjustment of scouring and silting of Chenglingji—Jiujiang reach in the middle reaches of the Yangtze River after impoundment of the Three Gorges Dam[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(2): 162-171. (in Chinese) doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
[3] 张翔宇. 三峡库区细颗粒泥沙起动条件试验研究[D]. 重庆: 重庆交通大学, 2018. ZHANG X Y. Experimental study on the determining critical conditions for entrainment of fine sediment in the Three Gorges Reservoir area[D]. Chongqing: Chongqing Jiaotong University, 2018. (in Chinese)
[4] ARNEZ FERREL K R, NELSON J M, SHIMIZU Y, et al. Past, present and future of a meandering river in the Bolivian Amazon Basin[J]. Earth Surface Processes and Landforms, 2021, 46(4): 715-727. doi: 10.1002/esp.5058
[5] 张明武, 彭红. 弯曲复式河槽水流泥沙因子的横向分布模型及其应用[J]. 华北水利水电大学学报(自然科学版), 2018, 39(5): 1-6. doi: 10.3969/j.issn.1002-5634.2018.05.001 ZHANG M W, PENG H. Model of lateral distributions of flow and sediment factors in curved compound channel and its application[J]. Journal of North China University of Water Resources and Electric Power (Natural Science Edition), 2018, 39(5): 1-6. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1002-5634.2018.05.001
[6] 李志威, 汤韬. 基于无人机航测黄河源弯曲河道泥沙亏损量计算[J]. 水科学进展, 2020, 31(1): 39-50. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.01.005 LI Z W, TANG T. Calculation of bend-scale sediment balance in meandering rivers of Yellow River source based on UAV aerial survey[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(1): 39-50. (in Chinese) doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.01.005
[7] FARHADI A, SINDELAR C, TRITTHART M, et al. An investigation on the outer bank cell of secondary flow in channel bends[J]. Journal of Hydro-Environment Research, 2018, 18: 1-11. doi: 10.1016/j.jher.2017.10.004
[8] BAI R N, ZHU D J, CHEN H, et al. Laboratory study of secondary flow in an open channel bend by using PIV[J]. Water, 2019, 11(4): 659. doi: 10.3390/w11040659
[9] HERRERO H S, DÍAZ LOZADA J M, GARCÍA C M, et al. The influence of tributary flow density differences on the hydrodynamic behavior of a confluent meander bend and implications for flow mixing[J]. Geomorphology, 2018, 304: 99-112. doi: 10.1016/j.geomorph.2017.12.025
[10] 马淼, 李国栋, 宁健. 径宽比对90°弯道明渠水流结构的影响[J]. 水动力学研究与进展(A辑), 2017, 32(5): 635-644. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SDLJ201705013.htm MA M, LI G D, NING J. Effect of radius-to-width ratio on flow structure in 90° open channel bend[J]. Chinese Journal of Hydrodynamics, 2017, 32(5): 635-644. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SDLJ201705013.htm
[11] 白若男. 基于PIV技术的U型弯道水流试验研究[D]. 北京: 清华大学, 2019. BAI R N. Experimental investigation of flow in a U-shaped open channel by using PIV[D]. Beijing: Tsinghua University, 2019. (in Chinese)
[12] 张炳昌, 许栋, 及春宁, 等. 大宽深比变曲率弯道水动力结构大涡模拟研究[J]. 水力发电学报, 2019, 38(6): 77-91. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SFXB201906009.htm ZHANG B C, XU D, JI C N, et al. Large eddy simulations of hydrodynamic structure in channel bends with large width-depth ratios and variable curvatures[J]. Journal of Hydroelectric Engineering, 2019, 38(6): 77-91. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SFXB201906009.htm
[13] 卢翔, 李觅. 连续微弯弯道水流结构试验研究[J]. 水利科技与经济, 2019, 25(9): 22-27. doi: 10.3969/j.issn.1006-7175.2019.09.004 LU X, LI M. Experimental study on flow structure of continuous micro-dend channel[J]. Water Conservancy Science and Technology and Economy, 2019, 25(9): 22-27. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-7175.2019.09.004
[14] 曹玉芬, 白玉川, 高术仙. 连续弯道水槽水流结构与床面形态试验研究[J]. 天津大学学报(自然科学与工程技术版), 2020, 53(12): 1226-1235. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TJDX202012003.htm CAO Y F, BAI Y C, GAO S X. Experimental study of flow structure and bed topography in continuous curve flume[J]. Journal of Tianjin University (Science and Technology), 2020, 53(12): 1226-1235. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TJDX202012003.htm
[15] 周刚, 姚仕明, 秦翠翠, 等. 连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 266-279. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012 ZHOU G, YAO S M, QIN C C, et al. Comparative evaluation of secondary flow correction methods for consecutive bend flow simulation[J]. Advances in Water Science, 2016, 27(2): 266-279. (in Chinese) doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012
[16] 刘玉娇, 余明辉, 田浩永. 带滩槽地形的连续弯道中纵向流速横向分布解析[J]. 力学学报, 2021, 53(2): 580-588. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB202102021.htm LIU Y J, YU M H, TIAN H Y. The lateral distribution of depth-averaged velocity in consecutive bends with pool-point bar[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2021, 53(2): 580-588. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB202102021.htm
[17] 秦翠翠. 三峡库区细沙淤积动力学过程的模拟[D]. 北京: 清华大学, 2019. QIN C C. Simulation of fine sediment deposition in the Three Gorges Reservoir[D]. Beijing: Tsinghua University, 2019. (in Chinese)
[18] LEE J H, SUNG H J, ADRIAN R J. Space-time formation of very-large-scale motions in turbulent pipe flow[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2019, 881: 1010-1047. doi: 10.1017/jfm.2019.786
[19] WU X H, MOIN P, ADRIAN R J. Laminar to fully turbulent flow in a pipe: scalar patches, structural duality of turbulent spots and transitional overshoot[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2020, 896: A9. doi: 10.1017/jfm.2020.304
[20] 王超伟, 王康俊, 李彪辉, 等. 湍流边界层等动量区演化机理的实验研究[J]. 力学学报, 2021, 53(3): 761-772. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB202103013.htm WANG C W, WANG K J, LI B H, et al. Experimental investigation on the evolution mechanism of uniform momentum zones in turbulent boundary layer[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2021, 53(3): 761-772. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB202103013.htm
[21] 张鹏, 杨胜发, 胡江, 等. 明渠湍流发夹涡包形成及湍动能分布特性[J]. 水动力学研究与进展(A辑), 2018, 33(3): 383-390. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SDLJ201803015.htm ZHANG P, YANG S F, HU J, et al. Formation of hairpin packet and distribution of turbulent kinetic energy in turbulent open channel flow[J]. Chinese Journal of Hydrodynamics, 2018, 33(3): 383-390. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SDLJ201803015.htm
[22] DUAN Y C, ZHONG Q, WANG G Q, et al. Contributions of different scales of turbulent motions to the mean wall-shear stress in open channel flows at low-to-moderate Reynolds numbers[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2021, 918: A40. doi: 10.1017/jfm.2021.236
[23] DUAN Y C, ZHANG P, ZHONG Q, et al. Characteristics of wall-attached motions in open channel flows[J]. Physics of Fluids, 2020, 32(5): 055110. doi: 10.1063/5.0004323
[24] 李舒豪, 李广雪, 徐继尚, 等. 基于ADCP反演渤海湾悬浮体浓度年变化[J]. 海洋地质前沿, 2020, 36(1): 30-41. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HYDT202001004.htm LI S H, LI G X, XU J S, et al. Annual variation of suspended sediment concentration in Bohai Bay based on ADCP[J]. Marine Geology Frontiers, 2020, 36(1): 30-41. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HYDT202001004.htm
[25] 何洋. 大水深明渠紊动特性研究[D]. 重庆: 重庆交通大学, 2014. HE Y. Study on the large depth open channel turbulence characteristics[D]. Chongqing: Chongqing Jiaotong University, 2014. (in Chinese)
[26] BAARS W J, TALLURU K M, HUTCHINS N, et al. Wavelet analysis of wall turbulence to study large-scale modulation of small scales[J]. Experiments in Fluids, 2015, 56(10): 1-15.
[27] 李文杰, 杨胜发, 付旭辉, 等. 三峡水库运行初期的泥沙淤积特点[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 676-685. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.009 LI W J, YANG S F, FU X H, et al. Sedimentation characteristics in the Three Gorges Reservoir during the initial operation stage[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(5): 676-685. (in Chinese) doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.009
[28] 姚仕明, 赵占超, 渠庚, 等. 弯曲河道水流泥沙运动研究进展[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版), 2021, 40(6): 73-79. doi: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.06.11 YAO S M, ZHAO Z C, QU G, et al. Research progress of flow and sediment movement in curved channel[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University (Natural Science), 2021, 40(6): 73-79. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.06.11
[29] ABDUO S S, ELMOUSTAFA A M, SALAM M S A. Study of counteracting the secondary flow in open channel bends[J]. Ain Shams Engineering Journal, 2021, 12(3): 2425-2433. doi: 10.1016/j.asej.2021.01.011
[30] 谢亚光, 余明辉, 胡鹏, 等. 弯道凹岸不同部位崩塌体对近岸水流结构影响的试验研究[J]. 水科学进展, 2019, 30(5): 727-737. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.013 XIE Y G, YU M H, HU P, et al. Experimental study on the effects of slump block at different locations upon the flow structure near the outer bank[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(5): 727-737. (in Chinese) doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.013
[31] 王虹, 王连接, 邵学军, 等. 连续弯道水流紊动特性试验研究[J]. 力学学报, 2013, 45(4): 525-533. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB201304005.htm WANG H, WANG L J, SHAO X J, et al. Turbulence characteristics in consecutive bends[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2013, 45(4): 525-533. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB201304005.htm
[32] 罗红春, 冀鸿兰, 郜国明, 等. 黄河什四份子弯道冰期水流及冰塞特征研究[J]. 水利学报, 2020, 51(9): 1089-1100. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SLXB202009010.htm LUO H C, JI H L, GAO G M, et al. Study on the characteristics of flow and ice jam in Shisifenzi bend in the Yellow River during the freeze-up period[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2020, 51(9): 1089-1100. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SLXB202009010.htm
[33] 王浩, 李丹勋, 陈启刚, 等. 基于图像处理的明渠紊流近壁区条带结构试验[J]. 水科学进展, 2015, 26(2): 257-264. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.02.014 WANG H, LI D X, CHEN Q G, et al. Image-based measurements of low-speed streaks in near-bed region of open channel flow[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(2): 257-264. (in Chinese) doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.02.014
[34] 陈启刚, 钟强. 明渠紊流中涡结构的运动规律[J]. 水科学进展, 2017, 28(4): 579-587. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.04.012 CHEN Q G, ZHONG Q. Experimental study on the movement of vortices in turbulent open-channel flows[J]. Advances in Water Science, 2017, 28(4): 579-587. (in Chinese) doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.04.012
[35] YE C L, WANG F J, WANG C Y, et al. Assessment of turbulence models for the boundary layer transition flow simulation around a hydrofoil[J]. Ocean Engineering, 2020, 217: 108124. doi: 10.1016/j.oceaneng.2020.108124
-
期刊类型引用(1)
1. 李倩,马黎,余明辉,吴迪,龚兰强. 凹岸边坡型式对急弯河道水力特性影响的数值模拟. 水科学进展. 2023(04): 599-609 . 本站查看 其他类型引用(0)