波流联合作用下广东阳西电厂海域二维泥沙数值模拟研究

建立波流联合作用下平面二维泥沙数学模型,在对模型进行充分验证的基础上,对广东阳西电厂工程海区的潮流泥沙进行了数值模拟,对潮流场泥沙场特征进行了分析,计算了工程附近海域冲淤变化及暴风骤淤特征。研究结果表明;工程方案实施后,流态变化比较大的区域主要是取排水口附近、防波堤两侧以及防波堤东侧水域。排水口处流速明显增大,增幅可达167%;取水口东侧、南侧均为泥沙淤积区,取水口附近年冲淤厚度范围为0.1～0.2 m/a;加长码头防波堤后,堤头东侧水域则会有所冲刷,最大冲刷为0.2 m/a左右;台风作用下,海域含沙量明显增大,造成港池和取水口的较强淤积,取水口东南侧均为泥沙淤积区,取水口附近淤积厚度为0.20～0.25 m;加长码头防波堤后,堤头东侧会有所冲刷,最大冲刷可达0.5 m。     

水沙变化条件下黄河宁蒙河段冲淤演变特征

本文采用实测资料分析的方法,研究了水沙变化条件下黄河宁蒙河段冲淤演变特征,研究结果表明:1986年龙羊峡水库运用后,调节径流泥沙,改变了出库流量过程,使得进入黄河宁蒙河段年均水沙明显减少,年内分配发生变化,洪峰流量大幅度减小.水沙变化导致黄河宁蒙河段同流量水位抬升,河床持续抬高,主河槽淤积萎缩,过流能力降低,说明了水库运用会对下游干流河道冲淤演变带来负面影响.     

典型年洪水的洞庭湖槽蓄特性研究

洞庭湖南连四水、北接四口,其巨大的槽蓄作用和槽蓄特性直接影响了洞庭湖及长江中下游的防洪总体布局和水资源配置方案。采用1995年实测洞庭湖区天然高程~容积关系成果,对洞庭湖区出现大洪水的1991年、1995年、1996年、1998年洪水过程的槽蓄特性进行了分析研究,认为水深增量相同而流量不同时湖泊槽蓄量增量存在差异,故在进行防洪规划时应合理规划防洪水位,最大限度运用洞庭湖调蓄功能;分析比较了地形法和水量平衡法应用于洞庭湖区槽蓄量计算的差异及产生差异的原因。研究成果对长江中下游及洞庭湖区防洪总体布局和水资源配置方案的科学制定具有重要的指导和借鉴意义。     

引黄灌渠泥沙迁移特性与渠道挟沙力模型试验研究

【目的】探索灌渠泥沙迁移特性及泥沙级配的沿程变化规律,找出减少渠道泥沙淤积的方法,保障灌区正常运行。【方法】通过对尊村灌区典型干渠高含沙水流实时监测采样,分析了悬移质泥沙沿程含沙量变化及级配特征,并根据实测数据带入4个典型挟沙力公式,筛选出适合尊村灌区的挟沙力公式,进一步改进得到尊村灌区渠道挟沙力计算公式.同时,通过一干渠改造段实测数据,推求出一干渠冲淤平衡比降计算公式。【结果】不同粒径泥沙的输移特性不同,总干渠悬移质含沙量随来水含沙量的增加而增加,渠道淤积主要与粉粒和砂粒量有关,其中砂粒对来水含沙量的变化表现得最为敏感,而黏粒更多的被水流带走,渠道由非平衡输沙经冲刷、淤积达到冲淤平衡输沙的过程比较缓慢。同时沉沙池能有效地减小引水中砂粒量。二干渠末清淤修缮段依旧存在泥沙淤积问题,一干渠剩余未改造部分,在条件允许的情况下,建议增大比降。【结论】含沙量在2 kg/m3内时,一级站来水量在8 m3/s左右,渠道基本实现冲淤平衡。     

水电站水库泥沙淤积的二维数学模型

通过二维数学模型模拟水电站水库泥沙淤积情况,模拟河段起于大坝上游约600 m,止于大坝下游约400 m.计算断面在1∶2 000地形图上剖分20个库区大断面,断面平均间距500 m,并通过模型试验论证数学模型模拟水库泥沙淤积变化可行性.结果表明:水库泥沙淤积形态为三角洲淤积形态,水库运行历时1 a,三角洲洲头不断地向下游前进,最终到达坝前,坝前泥沙淤积高程达1 347 m,而水库泥沙淤积则向库尾高边滩发展,“翘尾巴”现象明显.水库运行1 a后,排沙比均稳定在90%以上,水库冲淤达到平衡后,采用“蓄清排浑”的运行调度方式冲沙,在泄洪冲沙底孔前形成冲刷漏斗,漏斗为三维形态,漏斗顺水流方向坡降约为1∶5.0~1∶7.0,侧向边坡约为1∶3.5~1∶4.5.取水口基本在冲刷漏斗范围内,能保持取水“门前清”.泥沙淤积的数学模型与模型试验成果基本吻合,数学模型模拟水库泥沙淤积变化可行的.     

长江福山倒套河床演变分析

运用大量实测水下地形及岸线利用资料,对福山倒套成因,演变及发展趋势做了计算分析。结果表明,福山倒套上段和倒套中下段均处于淤积阶段。其中倒套下段河床近徐六泾节点主槽,河道较深且具有使河床处冲淤平衡状态的水流条件;倒套中上段河道较浅,水流滞缓,淤涨较快。利用平面二维水流模型模拟预测结果表明,倒套落潮水动力场受其上部串沟支配,上部串沟的淤涨,使倒套上段流速进一步减小,淤积加快。此外,提出了相应的整治措施,以保证福山倒套河势稳定。     

动态河道最低水位计算方法探讨

针对如何在宽浅多变、河床冲淤变化较大的河流确定泵站取水口水位这个问题,利用水位流量关系,抓住河床冲淤变化影响最低水位这个主要矛盾,根据测淤断面多年的淤积测量资料,求得一定水面宽度的主槽平均河底高程,与相应的河道水深叠加后以确定取水口水位。     

霞浦海堤工程对福宁湾潮流泥沙的影响分析

基于FVCOM三维水动力模型,模拟霞浦县海堤工程建设前后福宁湾海域潮流场及冲淤环境的变化,分析结果表明:工程实施后,由于岸线改变,在工程海域流向发生逆时针偏转,新流向大致保持与岸线平行;工程的实施对工程海域的流速带来局部影响,涨潮时在岸线南侧流速明显增加,增幅可达0.024 m/s,落潮时在岸线东南拐角处流速增幅可达0.025 m/s;部分海域存在轻微冲刷以及轻微淤积,强度均小于0.012 m/a,海堤工程的建设对该工程区外海大范围海域的潮流场和冲淤环境影响甚微。     

复式分汊水槽分汊口水流运动特性

分汊型河道是一种广泛存在的河流平面形态。当河道宽广时，河道行洪断面极有可能形成复式断面形态。存在江心洲的河道在演变过程中，洲头分流段水流运动往往起到了极其重要的作用。江心洲分流作用叠加复式断面滩槽交互作用，将共同对分流分沙产生影响，最终影响到整个河道形态的演变。为探究江心洲洲头水流运动特性对复式分汊河道演变的影响，设计了复式分汊河道的水槽试验。试验结果表明，复式分汊河道中，江心洲前的单一复式段，垂线流速分布基本满足对数分布；分流段流速主要受分汊形态的影响；复式断面形态是分汊口主槽和滩地流速变化的主要影响因素；在复式分汊河道的整治防护中，要着重关注江心洲洲头以及两侧的冲刷和两汊流速差异导致的淤积与冲刷；当流量增大到某一特定值时，复式分汊河道的断面形态可简化为简单的矩形河道进行研究。     

黄河下游典型河段分滞洪模式研究

通过动床模型试验,研究了黄河下游典型河段不同量级漫滩洪水在不同边界条件下的冲淤特性,对河道最优量级洪水泥沙调控技术进行了研究,探寻了黄河下游漫滩洪水泥沙过程控制及分区滞洪沉沙的可行性方案。结果表明:对于规划边界条件下最大洪峰流量为8 000 m3/s的洪水过程主槽冲刷量效果最好,且洪水可控性好,滩区淹没面积较小。若黄河下游遭遇大漫滩洪水,小浪底水库可控制下泄洪峰流量为8 000 m3/s。在夹河滩-高村河段,对应滩区运用方式,可开启东明滩、长垣二滩的滞洪沉沙,淤滩刷槽。     

影响界牌河段江心洲洲头低滩演变的因素分析

处于自然演变状态的分汊型河道江心洲洲头一般会有洲头低滩的存在,洲头低滩通常是航道边界的重要组成部分。当洲头低滩形态完整时,航道状况往往较好;当低滩低矮分散时,航道条件变差甚至会出现碍航状况。选取界牌河段新淤洲洲头低滩为例,并结合其他河段的资料,分析了洲头低滩的演变特点,影响因素以及决定低滩不同部位冲刷强度的水动力条件指标。结果表明,与江心洲相比,洲头低滩演变更加剧烈,生成到消失的周期更短;来水来沙条件和河道地形条件是影响低滩冲淤演变的首要因素;低滩不同部位的稳定取决于当地水流动力条件与床面泥沙抵抗起动能力之间的对比,当地流速U与床沙起动流速Uc比值的大小决定了冲刷强度的大小。     

三峡水库不同调蓄方式对枝城至杨家垴河段冲淤变化的影响

三峡水库蓄水后,长江中游枝城-杨家垴河段发生了自上而下的剧烈冲刷。但是三峡水库不同调蓄方式对该河段冲淤变化的影响尚不清楚,而且现有的研究手段都具有一定的局限性。采用二维水沙数学模型,系统而全面地研究了三峡水库不同调蓄方式对于长江中游枝城-杨家垴河段河床冲淤变化的影响。研究发现,在现有的调蓄方式下,河床变形以全局冲刷为主,并且预计10年末河道地形接近冲刷极限地形,河道将基本保持稳定状态;在不同中小洪水调度方式下,河道处于整体冲刷的趋势定性上一致,仅在定量略有差异。     

钱塘江河口过江隧道河段最大冲刷

针对钱塘江河口水流泥沙运动及河床冲淤变化的实际情况,从平面二维非恒定水流运动方程、不平衡泥沙输移方程及河床变形方程出发,建立了钱塘江河口平面二维动床数学模型。以钱塘江河口的典型实测水流、泥沙及河床冲淤的实测资料对模型的潮位、流速、含沙量及河床冲淤变形进行了率定和验证计算。在此基础上开展了钱塘江河口过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度的数值模拟,预测结果与动床物理模型及地质详勘的成果基本一致,进一步表明了动床数学模型的可靠性,预测成果可为过江隧道的合理埋设提供参考依据。     

钱塘江河口过江隧道河段最大冲刷深度的数值模拟

针对钱塘江河口水流泥沙运动及河床冲淤变化的实际情况,从平面二维非恒定水流运动方程、不平衡泥沙输移方程及河床变形方程出发,建立了钱塘江河口平面二维动床数学模型。以钱塘江河口的典型实测水流、泥沙及河床冲淤的实测资料对模型的潮位、流速、含沙量及河床冲淤变形进行了率定和验证计算。在此基础上开展了钱塘江河口过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度的数值模拟,预测结果与动床物理模型及地质详勘的成果基本一致,进一步表明了动床数学模型的可靠性,预测成果可为过江隧道的合理埋设提供参考依据。     

东台沿海挡潮闸淤积成因及减淤防淤措施

由于受涨落潮的历时、流速、流量、潮波变形、潮汐水道变化以及围垦切断滩面等因素的影响,沿海挡潮闸下游淤积问题始终困扰着水利工程的管理,为了减淤防淤,通过对闸下淤积的成因分析,采取水力冲淤、机械清淤,工程措施和植物措施相结合的综合治理方案。修筑导堤,合理确定闸下引河长度和种植固滩防淤植物可有效防止挡潮闸淤积。     

新疆卡拉贝利水库泥沙二维数学模型坝前冲刷计算初探研究

新疆南疆地区水库由于建库初期蓄水运行,库容快速淤损,虽然改变了运用方式,库区仍淤积严重。结合实际工程以水流运动方程及经过作者修正的泥沙运动方程为基础,同时引入与实测资料相符合的水流协沙力、动床阻力、泥沙级配等计算公式作为补充方程,构造出新疆卡拉贝利水库泥沙淤积二维数学模型,运用该模型对卡拉贝利水库进行坝前冲刷计算初探研究,并进行了模型验证,以达到模拟水库泥沙淤积的目的。     

黄河三湖河口-昭君坟河段水沙特性及冲淤变化分析

以黄河上游三湖河口-昭君坟河段为典型,分析发现该河段50多年来水沙特性发生很大变化,具有明显的时间阶段性,这种变化引起河床冲淤相应发生时段性的变化。影响该河段冲淤变化的因素中,天然来水情况和水库的调蓄方式决定河道来水量及水量的年内分配,孔兑的入汇决定了区间的来沙量和粒径组成。汛期水量的减小、中小水作用时间的增长使内蒙三湖河口-昭君坟河段逐年淤积萎缩,当干流小水遇到孔兑高含沙洪水时,水沙关系的不协调加重了河道的淤积,使造床流量变小,主槽严重萎缩。     

黄河沙坡头连续弯道环流运动与冲淤特性实测数据分析

利用声学多普勒流速剖面仪、回声测深仪等测量仪器,对黄河沙坡头段连续弯道中10个典型断面的流速、水深、河床高程等进行了实测.通过分析各断面流速等值线、平面流场和近几年河床高程的变化情况.结果表明,弯道断面流场的主流分布与河床底部泥沙冲淤分布基本相一致,满足弯道水流的一般规律:凹岸冲刷,凸岸淤积.     

洪枯季内伶仃洋河口湾径潮动力作用规律解析及冲淤响应

基于内伶仃洋水域4座浮标站洪、枯季半月时长实测水文气象数据,应用主潮通量断面算法和二元线性回归法探讨了内伶仃洋河口湾潮汐动力、径流动力及其他动力对潮周期平均流速的作用规律。研究显示,内伶仃洋水域半月洪、枯季水深平均流速在25～45 cm/s之间,除西滩水域水深平均流速洪季显著大于枯季,其他水域洪、枯季相差不大。潮汐动力作用系数a始终为正显示其是伶仃洋河口湾潮流往复运动的主要驱动力;径流动力作用系数b在洪季涨潮阶段为负、落潮阶段为正显示洪季东四口门进入伶仃洋河口湾的洪水具有较大初始动量,枯季涨潮和落潮阶段b均为负值,显示枯季径流动力弱并以随潮运动为主;其他动力因子作用系数c在洪、枯季的差异主要与季风和咸潮入侵引起的密度斜压梯度力等有关,与径流动力作用系数b存在较好的线性负相关,且洪季较枯季更明显。应用伶仃洋河口湾泥沙启动流速,结合二元线性回归法得到的潮周期平均流速拟合公式,提出了临界径流量的概念,揭示了当前伶仃洋水域存在的“滩冲槽淤”现象;枯季,伶仃洋水域整体处于淤积状态,涨潮阶段更显著。     

黄河口演变对河道反馈影响研究现

目前在黄河口改道、淤积延伸对其上游河道反馈影响问题的认识上，各家研究成果不仅定量相差很大，在定性上也有较大分歧。作者分析认为，黄河下游河道演变与河口演变影响因素繁多，河床（包括河口）冲淤变形十分剧烈，各因素之间的相互作用极为复杂，采用传统的资料分析手段，不能对此复杂情况进行充分和全面的分析，是造成上述研究结论分歧的根源。因次，未来必须借助河工模型试验或数学模型计算等手段开展研究，才可能彻底揭示黄河口演变对河道反馈影响规律。