Study on hydro-environmental properties of rubble weir constructed of coarse rokcs

粗石砌筑的碎石堰水环境特性研究

基本信息

  • 批准号:
    12650513
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A "rubble mound weir" was proposed as a river discharge control system. The weir is expected to be a nature-friendly structure for controlling flow discharge in a way that it allows streamwise movement of aquatic animals. In order to make a suitable design of the structure, its hydrodynamics and hydro environmental properties were examined by performing laboratory experiments and a theoretical analysis. First, a laboratory experiment was carried out in order to find functional dependency of discharge on parameters such as water depth, weir's porosity, rubbles size, etc.. The weir model constructed of pebbles was installed in an open channel, where weir's dimension and grain diameter were varied. A one-dimensional flow analysis was performed to obtain a solution for water surface profile inside the weir. Flow resistance in the weir was evaluated from an experimental formula for turbulent porous media flow. The solution leads to a functional relationship between discharge and upstream wa … More ter depth. A theoretical discharge-curve was obtained through the analysis as functions of Reynolds number, porosity, specific grain size, weir's aspect ratio, dimensionless water depth, etc.. The solution was well correlated with the experimental data under wide range of flow conditions. Second, local flow structure around the weir was experimentally examined by applying a particle image velocimetry, PIV, which provides information of time and space scales of the flow fields. Because habitats of aquatic lives are very much influenced by time-dependent flow structure, it is very important from an environmental point of view to take time- and space- scales of flow motions into consideration in determining the weir's dimension. Third, a multi-variables analysis was applied to pick up various scales of energy-contain eddies ; some of them are responsible in collapsing the weir, some play important roles in gas transfer between the air-water interface, the others affects activities of aquatic animals, and so on. Fourth, dynamic stability of the structure was investigated by measuring pressure fluctuation inside the weir's porous body. The critical condition for failure or collapse of the structure was given from local flow force that takes the maximum value at the downstream side of the weir top surface. Integrating results from the present research project, one can make structural design of the rubble mound weir from both of hydrodynamic and hydro-environmental points of view. The rubble mound weir is expected to be a river structure that better preserves ecological system than conventional metal or concrete weirs. Less
提出了一个“瓦砾丘很奇怪”作为河流排放控制系统。奇怪的预计将是一种自然友好的结构,用于控制流量排放,以使水生动物流动。为了对结构进行合适的设计,通过执行实验室实验和理论分析来检查其流体动力学和水力环境特性。首先,进行了实验室实验,以找到排放对参数的功能依赖性,例如水深,奇异的孔隙率,垃圾尺寸等。在开放的通道中安装了由鹅卵石构成的奇怪模型,其中奇怪的尺寸和谷物直径变化了。进行了一维流量分析,以获取奇怪内部水表面剖面的解决方案。从湍流多孔介质流量的实验公式中评估了奇异的流动性。该解决方案导致排放和上游WA之间的功能关系……更深入。通过分析获得了理论排放曲线,作为雷诺数,孔隙率,特定晶粒尺寸,奇异的纵横比,无量纲的水深度等的功能。该溶液与在广泛流量条件下的实验数据良好相关。其次,通过应用粒子图像速度计,PIV来对奇怪的局部流量结构进行了检查,因为水生生物的栖息地受到时间依赖性流量结构的很大影响,从环境的角度来看,在确定奇怪的尺寸方面,考虑到时间和空间尺度,这一点非常重要。第三,应用多变量分析来拾取各种含能量的涡流。其中一些是造成奇怪的,有些在空气水界面之间的气体转移中起重要作用的原因,另一些则影响水生动物的活动,等等。第四,通过测量奇怪体内的压力波动来研究结构的动态稳定性。结构故障或崩溃的临界条件是从局部流动力中给出的,该局部流动的最大值在奇怪的顶部表面的下游侧。整合本研究项目的结果,可以从流体动力和水力环境的角度来对瓦砾丘的结构设计。预计瓦砾丘很像是一种比传统的金属或混凝土陌生人更好地保存生态系统的河流结构。较少的

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
道奥康治: "捨石堰の「水位-流量」特性を規定する水理量"水工学論文集. 第46巻. 487-492 (2002)
Yasuharu Michio:“定义碎石堰水位流量特性的水力量”,《水利工程杂志》,第 46 卷,487-492(2002 年)。
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
竹原幸生: "ヘリコプターを用いた実河川表面流の画像解析の試み"水工学論文集. 第46巻. 809-814 (2002)
Yukio Takehara:“使用直升机对实际河流表面流量进行图像分析”《水利工程杂志》第 46 卷 809-814 (2002)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Miyamoto, H.: "Simultaneous measurements of water-surface and velocity using image processing technique and analysis of open-channel flow over concave bed with water-surface fluctuation"J. Hydraulic, coastal and Environmental Engineering, Proc. JSCE. (pri
Miyamoto, H.:“利用图像处理技术同时测量水面和流速并分析带有水面波动的凹床上的明渠流”J。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
前野詩朗: "自然石を用いた堰の水理特性"水工学論文集. 第46巻. 493-498 (2002)
Shiro Maeno:“使用天然石材的堰的水力特性”水利工程论文第 46 卷 493-498(2002 年)。
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  • 期刊:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
宮本仁志: "開水路凹部流れにおける乱れの主成分分析"水工学論文集. 第45巻. 505-510 (2001)
Hitoshi Miyamoto:“明渠洼地流中湍流的主成分分析”《水利工程杂志》,第 45 卷,505-510(2001 年)。
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