平面二维水沙数值模拟方法及其在坝油滩河段中的应用

根据泥沙交换原理,对河床变形计算方法进行了若干改进.采用有限体积法(SIMPLEC程式)对拟合坐标系下的水沙基本控制方程进行了离散,在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法.在北盘江坝油滩河道中对水位、水流流速以及河床冲淤等进行了验证计算及分析.数值实验表明,该模型能正确地模拟天然河道水流以及河床的冲刷、淤积过程.     

安康枢纽回水变动区航道整治数学模型研究

安康枢纽回水变动区河段的通航水流条件既受上游石泉枢纽日调节影响,又受下游安康枢纽水库调度的影响。河道水流既有山区河流滩险水流特性,又有库区河道水流特点。同时,该河段为连续急流弯道段,研究难度大。文中采用平面二维水流数学模型的技术手段,研究回水变动区河段滩险整治工程方案。针对天然河道边界复杂等特点,研究采用正交贴体网格。在此基础上建立了平面二维水流数学模型。采用有限体积法对平面二维水流控制方程进行了离散。对安康枢纽回水变动区天然情况下的水位、比降及水流流速等进行了验证计算及分析,验证结果表明,所采用的数学模型和计算方法能够准确模拟枢纽回水变动区的水流运动特性。根据河段的河道特性、河床演变特点及碍航特点,提出了航道整治原则。在上述整治原则的基础上,对安康枢纽回水变动区河段滩险整治方案效果进行了计算分析,并提出了能够达到设计航道尺度的整治工程方案。     

嘉陵江礼嘉边滩采砂数学模型研究

实地勘测嘉陵江礼嘉河段基础上提出采砂方案，采用贴体正交坐标系下的平面二维水流数学模型研究嘉陵江礼、嘉边滩采砂后河道水流条件的变化。结果表明。采砂对河床演变、通航、河道行洪以及涉河工程的影响很小。     

含植被河道水流阻力系数试验研究

河道植被生态特征的多样性和水流运动的复杂性造成的水流阻力难以预估,生态型河道防洪能力计算存在困难。通过对含植被河道水流阻力系数试验及研究成果的回顾,梳理已有的研究方法、研究内容和相应结论,分析阻力系数的影响因素和计算取值,提出尚需进一步加强的技术途径和开展的研究方向:含植被河道模型试验的技术手段尚需改进,在强化植被层中紊流涡旋运动观测分析的基础上,加强对植被层水流阻力的机理研究;须针对植物随机生长和种群分布特点,加强对植被生态特征与水流阻力关系的研究,并进一步优化植被与河床共同作用下水流阻力的计算方法。     

重庆梅溪河特大桥通航净空尺度和技术要求论证

重庆梅溪河河道为规划的国家Ⅲ级航道,采用平面二维水流数学模型计算和通过对河道的水位推算和河床演变分析,从满足航道安全通航要求的角度出发,就梅溪河河道建设的特大桥的桥址、通航净空尺度、通航安全和保障措施等提出建设意见.     

河床边界条件改变对强约束型分汊河道冲刷调整的影响

通过实测资料分析的方法,以宜都河道为例,研究了水库蓄水后强约束型分汉河道的冲刷调整规律.在此基础上,进而通过概化模型试验,研究强约束性分汊河道中,河床边界条件的变化对分汊河道水流运动和冲刷调整规律的影响.研究表明:1)由于水库蓄水后河床发生剧烈的冲刷调整,将导致河道河床边界条件特别是两汊高程差的变化,分流格局随之改变;2)河道边界条件发生变化,水流动力轴线可以由稳定于一汊转化为两汉交替,其冲刷调整形式也从一汉冲刷占优转化为两汊冲刷交替占优;3)分汊河道在水库蓄水初期的剧烈调整过程及其河床边界条件的变化一定程度上影响着分汊河道的发展趋势,要充分认识分汊河道在水库蓄水初期剧烈调整过程中所可能出现的问题,引导其朝好的方向发展.     

长江深水航道中钢围堰施工冲刷防护

大型桥梁深水基础施工常采用钢围堰工艺。围堰结构会改变河道的局部水流条件,引起河床床面发生冲刷,影响桥梁基础的施工安全和质量。通过建立深水航道易冲地质条件下钢围堰施工的物理模型,研究了围堰施工过程中河床的冲刷形态变化及防护措施效果,并在沌口大桥项目深水基础大型钢围堰施工中进行了验证,达到预期效果。     

资水干流典型狭窄弯曲航道整治方案

针对资水干流毛角口滩和焦潭湾滩所在河道弯曲狭窄问题，采用切嘴、疏浚以及填槽的航道整治方法进行方案设计，并基于该方案通过物理模型、数学模型以及船模通航试验进行分析。工程实施后通过水下河床地形观测和水位观测分析得知，该滩险河床稳定，水流平稳，取得了预期的整治效果，可为类似工程提供参考。     

川江鲤鱼碛河段航道整治数学模型研究

长江上游鲤鱼碛滩为洪水分汊、枯水浅、险的弯曲河道过渡段浅滩,河床边界与水流条件复杂。采用贴体正交坐标系下的平面二维水流数学模型,可较好地模拟研究河段的水流条件。通过多方案计算,优化了鲤鱼碛建岛尾坝、右岸深槽潜坝的工程整治措施,推荐方案合理可行,可为类似工程提供参考。     

大比降卵砾石河流防护结构的冲刷深度研究

大比降卵砾石河流河床形态及水流条件特殊,治理难度相当大。当遇到较大的洪水时,堤防工程、公路等临河设施常发生水毁,而关于此类河流的研究成果较少。针对大比降卵砾石河流河床宽浅、滩槽不分、比降和流速大、枯水期水流分散易形成股流冲刷的特点,布置了不同床沙组成、冲刷角度、河床比降及流量的概化模型试验。通过对81组室内试验资料进行单因素分析,得知冲刷深度(Hp)与单宽流量(q)、河道比降(J)、冲刷角度(θ)成正比,与河床质颗粒组成(D)成反比。采用量纲分析法和多元回归分析法得到了冲刷深度的计算表达式。     

多岛屿、多汊道环境下大型深水港建设中的水沙问题

洋山港海域多岛屿、多汊道,是由大、小洋山两条岛链围成的喇叭口型的海域,潮汐水道以落潮流为主、高含沙量、强潮流,泥沙运动主要以悬沙为主。通道内潮流基本为东南-西北向往复流,潮流平均流速在1.0 m/s,最大流速都在2.0 m/s以上,含沙量在1.0 kg/m3以上。根据其海域边界特点,利用任意三角形网格建立了能较好拟合洋山港海域边界的二维潮流泥沙及地形冲淤变化数学模型。应用2006年4月实测水文泥沙及地形冲淤资料进行了验证,验证结果表明,该海域潮位及定点同步垂线流速、流向、含沙量过程的计算值与实测值吻合良好,洋山港海域通道内地形冲淤变化情况和实测值接近,较好地复演了洋山港一、二期工程建设后海域流场、含沙量场和地形变化。     

深槽水域垂向二维水沙运动数值模拟

采用网格堵塞技术实现实际地形的模拟,采用有限体积法离散方程,采用SIMPLER算法求解耦合的速度场和压力场,并建立了沿宽度积分的垂向二维水流泥沙数学模型。将计算结果和试验资料进行对比,结果吻合良好。     

长江口南支河床近期冲淤演变机制*

利用1998年以来多期水下地形资料和两次水文测验资料,分析了长江口南支河床近期的冲淤变化,讨论了其演变的过程、特点和机制.结果表明,近10年,南支河床在总体保持稳定的同时,呈现出以下主要变化特点:1)白茆沙北水道进口段淤积,南水道冲刷发展;2)七丫口以下的南支主槽北冲南淤;3)下扁担沙南侧上冲下淤;4)新浏河沙包、新浏河沙和中央沙"三沙"沙头冲刷后退;5)河槽容积扩大等.上述演变特点具有内在紧密的联系,突出表现为河床冲淤自上而下的传递过程.北支泥沙倒灌是南支河床近期冲淤演变的主要驱动因子之一,而南支落潮水流优势和粉砂质河床边界条件,促使了主槽河床冲淤的自上而下传递.河槽容积的扩大则是河槽冲淤对流域来沙减小的响应结果.由于南支近期冲淤演变的内、外因子仍将存在,未来一段时间内,南支仍将延续近期的演变趋势.     

荆江重点浅滩现状整治的二维动床数学模型研究——模型的建立

本文针对荆江河道边界形状复杂、长宽相差悬殊及水沙具有明显的二维特征,建立了正交曲线坐标系下河道二维动床数学模型。给出了正交曲线坐标系下二维动床数学模型的控制方程、控制方程的高散及数值解法、边界条件及动边界技术。细致地模拟了荆江卵石夹沙河床及沙质河床浅滩河段的水面线、流速场、含沙量浓度场及河床变形,计算的水位、流速分布及河床变形与实测资料吻合很好。     

清水冲刷河床调整过程试验研究

通过沙质河床清水冲刷水槽试验,对河床纵剖面的调整、沙波尺度、粗化层厚度及其与沙波运动关系、粗化层级配、推移质级配等进行了观测分析,进一步揭示了清水冲刷,河床重建平衡的机理。水槽试验表明,沙质河床清水冲刷,上游河段比降调平,床沙粗化,沙波发育,河床阻力增大,水深增大,流速减小,导致河床供沙能力削弱,输沙能力降低,冲刷向不冲刷转化。     

关于推移质不平衡输沙问题

本文考虑到悬移质、推移质和床沙的相互交换,从沙量守恒原理出发,获得出了推移质泥沙连续方程及河床变形方程.该方程表明,推移质河床变形不仅与推移质本身不平衡输沙有关,而且还与悬移质非饱和输沙有关,推移质河床变形实质就是全沙河床变形.     

辽河口西水道河床演变分析

本文根据辽河口西水道的泥沙、水文动力条件,分析该水道的演变规律和泥沙来源,给出西水道分沙及分流比值和冲淤变化的内外条件,并得出计算的经验公式,该公式通过动床模型试验结果验证具有较高的实用性,可以为西水道的进一步研究提供科学依据。     

波浪作用下沙纹床面形态及底摩阻系数研究

波浪作用形成的沙纹在近海区域普遍存在,准确预测沙纹床面形态并计算对应的底摩阻系数是研究近岸波浪变形、泥沙输运及岸滩演变的基础。利用国外公开发表的室内试验和现场观测数据对已有计算沙纹形态的典型公式进行分析评价。考虑床面形态与水流条件的互相适应,提出新的平衡状态下沙纹长度、高度及波陡计算公式;引入临界Shields参数判别函数来考虑底床泥沙运动状态对沙纹形态的影响;通过理论推导得到波浪摩阻系数计算公式,并利用沙纹形态计算公式改进粗糙高度的计算方法。结果表明,提出的沙纹形态计算公式能够较好地刻画不同底沙运动状态下沙纹床面几何特征,临界Shields参数对于沙纹形态的计算具有重要影响;新得到的沙纹长度和高度公式可以有效地应用于波浪摩阻系数计算。     

抛泥扩散淤积分布计算

在平面二维潮流场的基础上,采用欧拉———拉格郎日质点漂移法对抛泥扩散淤积分布进行模拟计算。该方法不需要求解大型方程组,仅用有限个质点代表抛泥产生的污水团,根据单个质点所在地的已知流速、流向、水深、含沙量等参数,以及当地的其它自然条件,选择某个合适简便的泥沙公式,就能模拟污水团运移过程中泥沙造成的淤积范围和淤积厚度。通过对长江口北槽拟选倾倒区抛泥的淤积情况进行模拟计算,结果与示踪沙试验基本吻合,说明该方法对抛泥淤积的计算是可行的。     

青岛港前湾三期工程流场变化及泥沙分析

通过对镰湾河填海造陆工程流场计算和泥沙的分析研究,得到镰湾河流场变化及泥沙变化的有关规律。