多沙水库非恒定水沙动床数学模型研究

通过选取水流挟沙力、动床糙率等计算公式,考虑河槽在冲淤过程中河宽变化规律的模拟,并着重克服以往数模取恢复饱和系数小于1等理论上的不足,使准二维非恒定水沙动床数学模型在计算多沙水库的水沙运动时符合天然实际,定量结果更为可靠。然后,利用典型水库——黄河三门峡水库1994~1999年实测水沙系列及相应资料,对数学模型进行验证计算,以便该数模能够正确模拟原型泥沙冲淤变化、水位变化、泥沙级配变化、含沙量沿程变化、河床形态调整变化等规律。     

水流倒灌下支流尾闾泥沙淤积计算

建立了水流倒灌下支流尾闾河段泥沙冲淤数学模型，并利用该模型对长江支流沮漳河尾闾河段的河床冲淤变形进行了模拟。模拟结果表明，该模型能够模拟复杂水沙条件下支流尾闾河段的冲淤变形，计算结果可以为引水规划设计提供参考。     

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。     

河道整治工程动床模型试验研究

通过河工动床模型试验，对陕西渭河咸阳段修建的河道整治工程，开展典型洪水和不同频率洪水条件下河床冲淤、工程运行调度方案及河道治理工程对防洪的影响开展试验研究。通过验证试验论证了模型设计的准确性，通过对设计方案和优化方案在相同水沙条件下的水位变化、河床冲淤的对比，以优化方案取代原设计方案作为规划整治的依据，试验结果可为设计部门提供技术参考依据。     

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.     

泵站前池水沙流的数值模拟

针对泵站前池内的水沙流动,基于格子Boltzmann方法和大涡模拟思想,建立了二维浅水LBM-BGK模型和泥沙数学模型的联合计算模式,进行了水沙流的数值模拟研究.介观LBM-BGK模型采用了LES的亚格子尺度应力SGS模式模拟二维浅水方程,宏观二维平面泥沙数学模型包括悬沙输运方程、河床变形方程、水流的挟沙力公式等.水流与悬沙之间的求解方法采用非耦合解模式,即先求解出水流运动控制方程,再求解泥沙输运方程,推求前池底部的冲淤变化.最后,成功地模拟了泵站前池水沙流的流速分布、水深变化和旋涡的位置和尺寸,以及泥沙的冲淤变化,流速计算结果与试验结果比较吻合.计算结果表明：此联合计算模式在一定程度上客观地、较好地重演了前池内水流的基本流态以及泥沙的冲淤变化.     

二维数学模型在防洪影响评价中的应用

建立了基于有限体积法的平面二维非恒定流数学模型,采用黎曼近似解通量差分裂(FDS)格式计算通过各单元边的水流法向数值通量,并应用相关的悬移质、推移质河床变形计算公式计算冲淤变化。模型应用于浙江省49省道温溪至鹤城段改建工程河道水流状况的模拟,结果表明工程修建后工程段的中间部位以上以及外侧附近水位略有壅高,最大壅高值0.03m;工程区附近流速减缓、靠近河道中央流速略微增大,最大增幅约0.12m/s,河道冲淤幅度在0.3m以内。     

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。     

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。     

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水沙实测结果分析

利用"河猫"系统、回声测深仪等测量仪器,对沙坡头水库连续弯道8个典型断面的三维流速、水深、河床高程和悬移质泥沙粒径分布等进行了实测及分析;通过比较2004年、2007年和2008年3次河床高程的实测结果,讨论了这3年来河床冲淤变化情况;为了验证实测结果,利用k-ε紊流模型对沙坡头连续弯道的水流运动进行了三维数值模拟,比较了主流流速和横向流速大小的数值模拟结果和实测结果,得到了较为一致的结果,反映了"河猫"系统能够较为精确地测量天然河道的三维流速.     

基于安全行洪与滩区建设协调的冲积性河流洪水特性研究

【目的】利用广阔河漫滩进行适度开发建设,促进流域高质量发展;了解人类活动影响下的冲积性河流洪水特性,提出实现滩区工程建设与河流安全行洪协调一致的解决方案,将保护河流健康落实在河流工程建设中。【方法】选择某冲积性河流宽滩区拟开发生态观光旅游绿道,采用历史演变分析,河床冲淤预测及水动力数值模拟等综合研究方法,分析了工程河段洪水特性、河道演变规律及水库下游的河床调整因素,研究了预测河床边界的处理模式与河流工程等效阻力。通过平面二维洪水数值模拟计算,分析了绿道涉及河段的洪水特性及线路对行洪期流场的影响。【结果】模拟研究首先得到该河段主流自由摆动度受到整治工程限制,洪水河势保持基本不变;其次拟建绿道远离河槽、顺槽平行布线,滩区过流面积阻水比小于2.6%,道路建设引起的局部壅水不超过0.058 m。【结论】科学规划线路与工程布置,可以将工程对河流洪水传播的影响降至最低,满足河道行洪安全与滩区开发建设的协调关系。     

浯溪口水利枢纽动床模型试验研究

河工动床模型为江河治理做出过巨大贡献,它是解决重大工程泥沙问题的主要手段。结合库区泥沙试验,观测不同流量情况下浯溪口水电站取水口附近河道及拦沙坎内的流速流态情况,分析电站进口的引水防沙条件,研究电站取水口防沙设施设计布置的合理性,提出改善电站进口引水防沙条件的工程措施。观测不同流量情况下电站厂房尾水渠的水沙条件,包括尾水渠的流速流态和坝下游河床冲淤形态及对电站尾水出流的影响等。     

山西省汾河灌区水拉引河法的实践

在平川区河道上经常出现弯弯曲曲呈∽形的河床，洪水一来，冲农田、毁村庄、河改道损失很大。根据实况，汾河三坝灌区利用汛期洪水实践了水拉引河法，利用水的带沙能力，借助自然力进行对河道改造，对弯道进行了裁弯取直，改善了水力，消除了隐患，减轻了对汾河两岸的威胁。这种方案具有省工省资、施工简单、时短节地的优点。这项工程的实践成功，对平川地区改善河道及引水冲淤都有借鉴价值。     

黄河上游大柳树-沙坡头河段河床变形数值模拟

对黄河宁夏境内具有连续弯道的大柳树一沙坡头河段的泥沙运移及河床变形等进行了平面二维数值模拟研究．建立了修正的平面二维RNGκ-ε紊流泥沙数学模型,其中水流模块采用修正的RNGκ-ε紊流模型,泥沙模块采用全沙模型,考虑了不同粒径组悬移质和推移质运移对河床变形的影响。数值模拟结果与实测结果比较吻合。表明该模型可以用于模拟具有连续弯道的多沙河流泥沙运移及河床演变过程;在4种典型工况下分别进行了数值模拟,研究了不同水沙条件对水沙运移及河床变形的影响;吸取了关于泥沙数学模型中水流模块和泥沙模块的耦合式算法和分离式算法的优点,建立了一种半耦合算法,其计算量比耦合式算法大大减小,计算精度上比分离式算法要高。     

桩式透水丁坝冲淤特性研究

桩式透水丁坝具有结构简单稳定,施工机械化程度高,运行安全可靠等优点,目前在国内外的实际工程中均有推广应用.针对桩式透水丁坝的透水率、挑角等设计参数进行动床模型试验,运用Surfer 8.0软件绘制了河床地形图,分析了丁坝附近河床形态与冲淤特性,结果表明:①Surfer 8.0软件可以再现河床冲淤地形面貌,清晰直观;②桩式透水丁坝坝基轴线上会出现横向冲槽,威胁丁坝安全,工程设计中应对基础进行加固;③透水率和挑角对河床冲淤特性影响较大,推荐透水率为20%～30%,推荐挑角为45°～90°.     

珊溪水利枢纽工程对下游河道影响分析研究

水利水电工程的建设和运行,必然对下游河道均产生一定影响。在对建库前、后实测地形和水文资料进行分析的基础上,通过平面二维数学模型计算,对珊溪水利枢纽工程建成前后赵山渡下游河道的地形(江道冲淤、河势)、水文(潮水位、流速、泥沙)等变化进行分析,得出相应结论,为飞云江资源综合开发利用提供技术支撑,也为类似水利工程工程对下游河道的影响研究提供借鉴。     

黄河口尾闾段河道出汊机理中的河床边界条件

黄河口尾闾段河道出汊机理研究涉及出汊类型、出汊特征、水沙与河床边界条件等问题，河床边界条件是河道出汊的关键影响因素之一。研究在探明近期黄河口尾闾段河道出汊摆动特点的基础上，揭示了黄河口尾闾段河道出汊机理，并基于黄河口尾闾段实测地形资料，探析了河床边界条件的时空变化特征及其对河道出汊的影响。结果表明：河相系数是决定黄河口尾闾段河道出汊位置的主要影响因素，滩地横比降变化特征和深泓线位置变化决定河道出汊的摆动方向。