河道三维水流数值模型及应用

天然河道水流、泥沙运动在空间上属三维问题,故提出一种三维明渠水流数学模型,将该模型应用到黄河贵德水文站下游某河段,模拟的流速、水位与实测资料吻合较好;流量沿程分布结果表明模型具有良好的物理量守恒性;给出的流速垂向分布、紊动能量等参数亦是合理的,为河道三维水流结构分析提供了依据。     

长江下游感潮河段造床流量计算研究

针对长江下游大通至长江口的感潮河段,借助潮流数学模型,计算造床流量,研究其特点及变化规律。研究表明:计算感潮河段造床流量时,流量输沙率法使用方便,计算结果较为合理;对于天生港以上河段,存在两个造床流量,而对于徐六泾以下河段,则存在一个造床流量群;大通至仪征河段的造床流量沿程变化较少,自仪征开始造床流量沿程逐渐提高,主要应与纳潮量沿程增加有关。     

江阴长江岸线利用和港口建设

江阴长江段全长53公里,本河段顺直微弯,水深航宽,船舶航行条件良好,是长江感潮河段和非感潮河段的交界点,这里拥有良好的长江岸线,是建设深水良港的优良港址.     

徒骇河富国新港设计研究

徒骇河富国新港河段为感潮河段,潮汐沿程存在相位差。依据有关规范,根据徒骇河河道地形、地质和水流特点,选定设计船型;在选定设计船型的基础上,详细介绍徒骇河富国新港进港航道、码头、泊位、船舶调头区、锚地等尺度设计。     

长江河口段平均海面数值模拟研究

为更好研究长江河口段平均海面的特性,建立了大通至长江口感潮河段的二维水动力数学模型,通过模拟径流与潮汐共同作用下的水动力过程,并设置上下游不同条件的对照组,分析了河口段平均海面的影响因子及响应规律。结果表明,长江河口段年平均海面A0值由上游径流和外海潮波共同作用产生,外海潮波给予了河道内平均水位一个沿程定值,而径流使得其产生了沿程衰减的趋势,这是河口段A0特征不同于外海的原因,也说明径流是其主要影响因子。A0只受径流和外海潮位的年平均值影响,而不受两者的年内变化影响。径流量的变化会导致上游A0值比下游发生更加显著的响应;外海A0值的变化会使沿程发生大致等量的变幅。未来全球海平面上升后,河口段A0也将上升相近幅度。     

长江中游鲤鱼山水道现状水流特性研究

长江中游鲤鱼山水道河床演变、碍航特性与该河段的水流特性直接相关。文章通过对长江中游鲤鱼山水道物理模型试验资料的分析,对该水道现状条件下各特征流量的水面比降、水流动力轴线的位置、断面平均流速、沿程流速分布等进行了深入研究。结果表明:河道边界条件决定了本水道的水流特征,河道放宽段不同水期断面平均流速变化特征决定了放宽段浅滩"洪淤枯冲"的演变特点;受上游半壁山节点挑流、河道展宽等因素影响,左槽内水流动力轴线在不同水期摆动频繁,将导致展宽段易于淤积出浅。     

基于三维水动力模型的溢油扩展迁移规律的数值模拟

以长江常州段船舶溢油事故为例,采用无结构三角网格划分计算区域,采用有限体积法离散控制方程,构建了非稳态三维水动力模型,结合Fay溢油模式开展了河流中溢油扩展迁移过程的数值模拟研究.数值模拟结果表明,本文构建的模型更加精确地模拟了水流流态,并在此基础上预测了油膜在垂向上的分布规模,能够较好地模拟河流中溢油扩散迁移规律。可为溢油污染的防控、治理提供技术依据。     

拟建明月峡长江大桥桥区炸礁工程整治效果分析

明月峡长江大桥建成后,桥下左岸洪庙角礁石将影响该滩段航道尺度的进一步提高。为避免这一情况,针对其河势及滩情,考虑长江航运远期发展的需求,在原3. 7 m炸礁方案的基础上提出了加深炸除方案。采用平面二维数学模型对此方案进行论证研究,并用实测水面线和流速分布验证该模型,结果表明模型验证较好、可正确模拟该滩段实际水流运动。方案实施后,设计最低通航水位的断面平均流速及沿程流速变化均小于0. 01 ms;沿程比降没有明显变化,仅在炸礁区域上游水面略有下降,最大约0. 01 m;炸礁区流场改善明显,流向与航槽夹角显著减小,改善了船舶的航行条件。     

三峡工程对长江下游感潮河段极值水位的影响

以往河流极值水位的研究往往选取年最大和最小水位开展分析,但这容易忽略了小概率因素带来的随机性的影响。为了更合理揭示长江感潮河段极值水位的演变趋势,并分析三峡工程对其影响,文章通过概率密度函数法及NS_TIDE调和分析,分析了长江下游感潮河段极值水位的演变规律。结果表明:三峡工程的流量调节对长江下游高水位有着显著的影响,高水位的变化在三峡工程建成前后由上升变为下降趋势,但三峡工程对于低水位的影响较小;而在三峡工程流量调控的影响下,分潮振幅变化趋势与概率密度函数法得到的水位变化趋势相反,即对极值水位影响也相反,表明长江口感潮河段由于三峡工程流量调节后,导致潮汐振幅的改变对极值水位的影响较小,极值水位的变化直接对流量条件的响应更为显著。     

长江口Sa分潮数值模拟研究

为更好研究长江口Sa分潮的特性,建立了大通至长江口感潮河段的二维水动力数学模型,通过模拟径流与潮汐共同作用下的水动力过程,并设置上下游不同条件的对照组,分析了河口段Sa分潮的影响因子及响应规律。结果表明,长江河口段Sa分潮由上游径流变化和外海Sa潮波共同作用产生,径流对上游站点影响占优、外海潮波对下游影响占优。径流使得河道内分潮振幅产生了沿程衰减的趋势,这是河口的Sa分潮特征不同于外海的原因,也说明径流是其主要的影响因子;而外海的Sa潮波只给予了其一个沿程定值。Sa分潮振幅只受径流的年内变化大小和外海Sa潮波振幅大小影响,不受平均径流量和平均海面的影响。径流量的变化会导致沿程Sa分潮振幅发生响应变化,且上游比下游站点响应更敏感;外海Sa潮波振幅的变化会使沿程振幅发生大致等量的变幅。三峡建成后河口段Sa分潮振幅有所减小,年际变化减小。     

田湾核电站海域潮流场数值模拟

采用MIKE 21水动力模拟软件建立了田湾核电站海域平面二维潮流数学模型,利用该模型对该海域的潮流场进行了数值模拟。根据数值模拟结果,对田湾核电站海域的潮流场特征进行了分析。建立的模型可以用来模拟研究各种工程方案实施前后的潮流场,也可以为局部模型提供边界条件。     

条子泥匡围工程二维潮流数值模拟

基于MIKE21软件建立起条子泥匡围工程二维潮流数学模型,研究工程建成前后附近区域流场变化,特别是匡围工程龙口口门内外的流场变化,以期为该地区后续工程的建设提供技术支持。     

洋浦港潮流场数值模拟

基于非结构网格下的有限体积法,运用SIMPLE算法和动量插值方法求解二维浅水方程,建立了河口潮流的水深平均二维浅水数学模型,在对模型进行大、中、小潮验证的基础上,对洋浦港LNG接收站码头工程实施前后的潮流场进行了数值模拟研究。研究表明:建设LNG码头前后海域的流场没有明显的变化,对附近海域潮流运动的影响很小。     

闽江河口三维潮流数值模拟及特性分析

基于FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)模型，建立了闽江河口区域精细化的三维潮流数值模型。对模型的海底摩阻系数的选取进行讨论，得出Koutitas公式更为合理的结论。采用该模型对闽江口的潮汐、潮流特征进行分析，得出以下结论：闽江外海潮波自东南至西北向近岸区域传播，水道内潮流有明显的往复流性质；熨斗岛北部和东部区域，潮流多以旋转流为主；闽江北支水道以落潮流为主，河口区域三维流场在侧向支流影响区域分层不明显。     

感潮河网区航道整治工程潮流数值模拟*

东江下游三角洲发生的河道采沙、航道整治等人类活动对该河网区河床形态的自然演变过程产生了较大影响,引起河网区水动力产生相应的调整。基于非结构网格有限体积法的二维潮流数学模型,对倒运海水道疏浚工程实施后二维潮流场进行模拟研究,并从动力场的角度分析河网区航道整治效果。计算结果表明,工程实施后对水流的影响主要集中在工程附近水域,对河道沿程水位及流速的影响较小,可为其它河网地区的航道整治工程提供参考。     

长江感潮河段平面二维潮流数值模拟

基于正交曲线网格下的有限体积法,建立河口潮汐的水深平均二维模型,运用Simple算法求解河口潮汐的二维浅水方程。以长江下游江阴水道为计算实例,用"露滩冻结"动边界技术处理方法模拟江阴水道二维潮流场,较好地解决了边滩、浅滩边界随水位的变动问题。实例和验证结果表明:计算的潮位和潮流过程与实测过程吻合较好,计算的流场合理。对计算结果的前后可视化处理,采用AutoCAD的DXF数据接口生成流场和网格图,以便更好地进行直观分析。     

防城港码头工程前后潮流场的数值模拟

基于双时间层的有限差分方法(ADI),建立了水深平均二维浅水潮流数学模型,采用逆风格式和追赶法求解二维浅水方程,在对模型进行潮位验证和潮流验证的基础上,对防城港码头工程实施前后的潮流场进行了数值模拟研究。研究表明:该工程建设不会减少湾内纳潮量,不会对海域水动力学条件产生较大影响,只会对码头附近产生较小影响。     

建闸河口闸下潮波变形数值模拟研究*

我国河口建闸之多,闸下河道淤积之严重,世界罕见。众多学者对建闸河口闸下淤积的机理进行了系统的分析和研究,认为潮波变形是造成闸下河道淤积的动力因素,闸下引河长度(河口到闸的距离)不同,潮波变形的特征也有所不同,淤积形态和特征也不相同。在潮波变形概化物理模型试验的基础上,建立了二维潮流数学模型,通过数值模拟计算,得出了不同引河长度时的潮波变形特征,为预测和分析不同闸址建闸所引起的淤积特性分析提供研究依据。     

三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

感潮河段支流口门多功能枢纽整体水流条件

感潮河段支流口门建设调水工程时,枢纽受到用地条件限制常距江较近且开敞布置,引水和排涝受到外江非对称涨落潮流牵制,流态十分复杂,节制闸、泵站和船闸建设协调困难。针对新孟河延伸拓浚工程界牌枢纽工程,进行枢纽整体水流条件研究。结果表明:界牌枢纽受到外江不同涨落潮条件和节制闸、泵站不同引排水工况的影响,局部形成不良流态,枢纽布置时应采取相应的优化措施。