长河段二维水沙数学模型研究及应用*

为了适应长江长河段系统治理技术的需要,对TK-2DC软件水沙计算核心部分进行了并行程序开发,将并行计算技术应用到长河段水沙数学模型中,大大提高了长河段水沙模拟计算效率及模型计算的时效性。建立了长江中游沙市—监利、戴家洲—牯牛沙及长江下游安庆—南京长河段平面二维水沙数学模型,对航道整治工程效果进行了模拟预测。     

珠江河口水沙数值模拟系统

建立了珠江河口平面二维潮流泥沙数学模型 ,模型计算范围覆盖八大口门 ,网格系统采用正交曲线网格。将珠江河口二维模型与业已建立的珠江三角洲一维河网模型连接在一起 ,构成珠江河口水沙数值模拟系统的核心计算模块。利用伶仃洋系统的水文、含沙量资料对二维模型进行了全面的检验。以伶仃洋治导方案为例 ,研究了伶仃洋治导方案对海区水沙的影响     

交通运输部天津水运工程科学研究院致力打造TK系列品牌模拟软件

<正>交通运输部天津水运工程科学研究院早期开发的TK-2D软件包在行业内享有较高声誉,目前有关科研人员正着重研发河流二维、三维数值模拟及可视化技术,并着手完善TK-3D软件功能模块。交通运输部天津水运工程科学研究院依托西部项目和公益性科研院所基本科研业务费课题,先后完成了河流水流泥沙数值模拟软件TK-2DC的开发和三维水动力数值模拟软件TK-3D河口三维潮流数学模型的     

疏浚弃土对天津港回淤的影响

本研究采用“中子活化”新技术和“CW数值模拟系统”分别从现场上和模拟技术上解决了浮泥的观测和试验难题,并综合应用现场观测、数学模型和理论分析等手段,得出现有抛泥地的疏浚弃土对天津新港回淤影响不大的结论。     

航道整治工程中长河段复合模型方法研究

鉴于数学模型在解决水沙运动及河床冲淤变化三维性较强的局部工程问题时存在一定的局限,以及物理模型在模拟长河段时受时间变态影响较为严重的问题,提出综合物理模型和数学模型优点的长河段复合模型。综述国内外复合模型的发展情况、优缺点及发展趋势,结合物理模型和数学模型在航道整治工程中的应用,提出航道整治工程中长河段复合模型研究思路与方法。     

基于流凌演进数值模拟的可视化方法

针对流凌演进三维可视化技术在冰冻河流可视化仿真方面不足的问题，结合MIKE21与ArcGIS软件，提出一种基于流凌演进数值模拟结果的可视化方法。通过模型构建、网格划分、边界条件确定，开展流凌演进数值模拟与分析，建立面向可视化的流凌演进数值模拟结果提取方法，实现流凌演进三维可视化仿真场景与数值模拟的可视化数据融合。基于空间数据库与属性数据库，建立的流凌演进仿真模拟系统，可全方位展示流凌演进过程中地形、水流、堤防结构物等仿真模拟结果。     

灌河口海域潮波数值模拟

本文对三维潮波模型进行垂向积分后获得的二维潮波模型采用ADI方法建立了差分方程,并计算了灌河口海域潮波模型的数值解,得到了与实际观测符合良好的结果。从而根据数值模拟和实测的结果,对灌河口海区的潮汐和潮流进行了讨论,为灌河口海区工程应用及环境保护提供了参考的依据。     

长江下游武穴水道平面水沙二维数值模拟研究

利用数值模拟方法,针对武穴河段的水沙特性,进行了武穴河段的航道整治工程的平面二维水沙数学模型计算,对武穴段航道整治后计算河段内的冲淤量、流速分布、水流平面形态等提出了有价值的研究成果。     

松花江富锦—绥东河段航道整治修复技术研究

文章对一期整治工程布置、整治前后来水来沙及河道地形变化进行了分析,并利用二维水沙数值模拟技术,对富锦—绥东河段修复工程进行多方案比选,提出了合理的整治原则及工程措施,修复工程实施后富锦—绥东河段航道尺度可达到Ⅲ级航道标准。     

崇明岛4座水闸外移工程水沙数学模型*

受地理位置、水文气象、地形地貌等因素影响，崇明岛洪涝灾害频发，特别是中北部排水出口缺少且规模偏小，不满足暴雨期间排涝的要求。为科学评估崇明岛堡镇港北闸、四滧港北闸、六滧港北闸和八滧港北闸4座水闸外移工程对本区域水沙动力条件的影响，开展水沙数学模型研究工作。结合近年来该区域实测水文泥沙资料，分析该河段水文、泥沙特性及河势演变特征，研究工程河段水沙运动特性。建立工程河段三维水沙盐数学模型，在模型率定及验证的基础上，利用该模型对北支下段崇明岛北沿防汛除涝工程平面方案的实施效果进行模拟计算。结果表明：工程实施后对周边水域的水流条件以及周边水域及北支水道主槽的河床演变基本无影响。研究成果可为工程建设提供技术支撑。     

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。     

长江口近期水沙运动及河床演变分析*

利用长江口历史研究成果和近期的水、沙及地形监测资料,系统对比分析和总结长江口水沙特性和河势变化规律,预测长江口河床演变趋势。结果表明:长江口深水航道治理工程建设以来长江口河势总体保持稳定,该工程和南北港分汊口工程的建设对稳定河势起到了重要作用;长江口水沙运动基本规律无明显变化;上游来水来沙条件的变化对长江口滩槽及口外地形变化的影响已有所表现,对北槽深水航道冲淤的影响暂不明显;长江口河势仍会基本按近期变化趋势发展,部分河段的不利变化趋势应当高度重视,必要时须采取相应的工程措施。     

荆江重点浅滩现状整治的二维动床数学模型研究——模型的应用

本文选择荆江卵石夹沙河床及沙质河床的重点浅滩河段,在分析河床演变规律及浅滩成因的基础上应用文献（1）建立的二维动床数学模型,进行了不同组次来水来沙水文年的多个整治方案的数值试验,给出了荆江重点浅滩河段现状整治原则及整治工程的初步布置。     

河口垂向二维悬沙输移数学模型

针对窄深的潮汐河口建立了沿宽度方向积分平均的垂向二维悬沙输移数学模型,潮流场的模拟采用三维MOHID模型,悬沙对流扩散方程采用Galerkin有限元法进行求解。利用该模型模拟了长江口北槽段潮流输沙过程,计算结果与实测资料较好吻合,表明了该模型能够模拟窄深的潮汐型河口地区悬沙输移过程。     

Unit stream power, minimum energy dissipation rate, and river engineering

Unit stream power is the most important and dominant parameter for the determination of transport rate of sand,gravel,and hyper-concentrated sediment with wash load.Minimum energy dissipation rate theory,or its simplified minimum unit stream power and minimum stream power theories,can provide engineers the needed theoretical basis for river morphology and river engineering studies.The Generalized Sediment Transport model for Alluvial River Simulation computer mode series have been developed based on the above theories.The computer model series have been successfully applied in many countries.Examples will be used to illustrate the applications of the computer models to solving a wide range of river morphology and river engineering problems.     

大涡模拟在河道平面二维水流模拟中的初步应用

通过丁坝对水流进行控制是航道整治中常用的工程措施,丁坝附近水流呈强紊动特性,大涡模拟相对于基于雷诺方程的时均模型对涡旋有较强的捕捉能力。在直角坐标系的基础上,将大涡模拟中的亚格子应力模型(SGS模型)引入河道水流平面二维数学模型中,通过盒式滤波函数将控制方程进行滤波,大尺度量通过控制方程直接求解,小尺度量借助Smagorinsky提出的亚格子尺度应力模型进行求解。采用空间等步长的正方形网格和交替方向隐式差分法对其控制方程进行离散求解。将模型初步应用于非淹没丁坝绕流的数值模拟中,计算结果表明,该模型对湍流旋涡的捕捉和水深计算较为合理,计算精度可满足工程实践要求。     

漳卫新河闸下淤积一维数学模型研究及应用

建立了漳卫新河河道一维水沙数学模型,采用Preissmann四点隐式差分格式离散非恒定水流方程,以及交错网格显式差分格式离散泥沙运动方程。该模型对辛集闸闸下———河口段在大潮期间的潮位、流速和含沙量进行了验证,其结果与实测资料基本相符。依据该模型,对未来20 a的河床冲淤变化和演变发展趋势作了预测。     

巢湖兆河口门航道整治工程探讨

针对兆河入湖口门附近存在拦门沙碍航问题,采用实测资料分析和三维水沙数模计算相结合的研究方法,研究风生浪流动力作用下湖区泥沙输运特征,探讨口门航道整治方案布置。研究结果表明,巢湖底沙粒径较小,大风天风浪在近岸浅水区发生变形破碎,使水体含沙量增大,在风生湖流作用下,近岸泥沙表现为"波浪掀沙、湖流输沙"的运动特征。结合以往航道治理实践经验,提出整治与疏浚相结合的思路,多方案比选计算结果表明,筑堤方案可明显减小航槽淤积量,其中双侧筑堤方案整治效果更优。综合比选推荐采用双侧筑堤高坝缓坡方案。研究成果可为类似湖区口门航道整治提供借鉴。     

李家峡水库变动回水区散乱浅滩整治研究

根据黄河上游李家峡水库变动回水区贵德吊桥至松巴峡河段水文、泥沙、地形及地质资料,在河床演变分析的基础上,应用经过验证的航道整治二维数学模型,初步研究了阿什贡散乱浅滩整治措施。该浅滩1996、1999及2000年主槽变化较大,这与该河段河床突然放宽及沙卵石推移质运动频繁等因素有关,建议采用塞支强干保滩固槽并辅以疏浚的工程措施。