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     

长江干线宜昌—浏河口段一维河网水流数学模型

根据河道水流特点及模型计算精度和效率,长江干线一维水流数学模型通常以大通为界,将宜昌以下河道分为宜昌—大通、大通—浏河口两段,分别建立径流和潮流模型。而在当前新水沙条件及新型复杂江湖河网关系下,传统的两分段模型难以整体解决长河段复杂河网的水流模拟问题。针对该问题,研发了基于高精度、高性能有限体积法的一维河网水流数学模型,其采用SLIC的数值格式求解相邻单元交界面通量,在处理河网交汇方面以控制体为计算单元,简化求解复杂河网系数矩阵。该模型物理过程更为清晰明了,计算更加方便快捷。将研发的一维河网水流数学模型应用于宜昌—浏河口段,结果表明该模型稳定性强、精度高,有效解决了长江干线宜昌以下数模一体化难题。     

天津港外航道水动力条件及工程泥沙淤积研究

依据最新的水文、泥沙实测资料,利用风浪潮流泥沙数值模型对开挖深水航道泥沙淤积情况进行了计算。根据近年来现场实测水文、泥沙资料,结合本项研究工作进行了统计分析,为数模计算提供参数;建立了多重嵌套潮流数学模型,计算正常天气下工程实施前、后的海域潮流场分布情况;建立了海域风浪过程计算模型和泥沙运动模型,将波浪、潮流、泥沙模型耦合,计算了在年均含沙量的风浪条件作用下所造成的回淤情况,给出了航道建成后的年淤积分布情况。提出了天津港南、北防波堤延伸到16 0后的航道的淤强分布特征,从泥沙方面为航道的开挖提供了设计依据。     

洋山港及邻近海域悬沙输运特征研究*

基于SWEM2D数值模型,建立了一个范围包括洋山港、长江口及杭州湾的二维水流泥沙数学模型。根据2004年5月洋山港实测水文泥沙资料,认为洋山港区域悬沙垂向切变输运较小,可忽略该项对悬沙输运的影响,采用二维泥沙数学模型能基本反映出该区域悬沙输运特点。利用2004年5月洋山港及邻近海域实测水文泥沙资料对模型计算结果进行验证,验证结果表明模型计算结果与实际情况吻合良好。在此基础上,根据模型计算结果计算了洋山港及邻近海域大、中、小潮期间悬沙输运速度。结果表明,洋山港区域悬沙主要以欧拉输运为主,斯托克斯漂移、潮泵输运为辅。该区域西口门高含沙量主要是受到长江口及杭州湾悬沙输运富集的影响。其邻近海域主要的悬沙输运在近南汇边滩以东区域分成两股,一股向北,一股沿着南汇南岸的水下泥沙通道,径直流向杭州湾,并在杭州湾的悬沙输运的带动下,向洋山港流去。     

基于一维盐度模型的珠江河网咸潮上溯距离分析

建立珠江三角洲河网整体一维水动力、盐度数值计算模型,此模型涵盖了整个珠江三角洲河网区,验证结果良好。在此模型基础上,对2001年枯季和2005年枯季珠江三角洲咸潮上溯情况进行模拟计算,模拟结果表明,0.5‰盐度线在整个河网区域呈现出向右倾斜的“S”形,2005年枯季咸潮平均上溯距离达到了32.4 km,这几乎是2001年枯季的2倍。进一步利用模型模拟4种不同来水情况下的咸潮上溯距离的变化情况,对4种来水流量下的咸潮上溯距离进行分析,发现当上游来水平均流量减少将近0.5倍时,下游8大口门处咸潮上溯平均距离将增加1倍左右。     

基于有限元力矩阵精确确定三舱段有限元模型边界力的计算方法

双壳油船结构统一规范要求进行三舱段的有限元模型强度计算.本文采用有限元力矩阵节点力计算方法,可以精确计算确定三舱段的有限元模型两端部应施加的边界力(弯矩和剪力),为正确实施三舱段的有限元模型的边界力计算提供了实用的计算方法.     

潜艇受撞数值仿真的附加质量模型

潜艇受撞有限元数值仿真计算时需要考虑流—固耦合作用的影响,可以直接采用流-固耦合模型计算,但需要花费巨大的计算时间,也可以采用附加质量模型,在不影响计算精度的前提下,可以大大减小计算时间,提高计算效率.文中分别采用增加密度和增加质量点单元质量的方法建立了两种潜艇受撞的附加质量模型,并进行了有限元数值仿真计算,通过与流—固耦合模型计算结果对比、分析,表明采用后一种方法建立的附加质量模型与流—固耦合模型的仿真计算结果比较接近,可作为潜艇受撞有限元数值仿真的计算模型.     

破损船体梁残存强度的有限元计算模型研究

采用Abaqus软件建立多个非线性有限元计算模型,对完整和破损后的船体梁进行非线性有限元计算。通过与Smith方法的结果对比分析,确定船体梁残存强度非线性有限元计算模型和边界条件,并研究破口周围边界对残存强度的影响。     

挖泥船装舱数值模拟

挖泥船在施工过程中大量泥沙不断进入舱内。如果泥沙装舱过程控制不合理,容易造成挖泥船失去平衡,影响施工进度,甚至发生安全问题。同时,船舱出口在向外排水,一部分泥沙跟随水流流出舱外,造成溢流损失。合理安排装舱操作流程是保证施工安全和减少溢流损失的关键。通过采用MIKE 3 HD和MT模型模拟泥沙进入舱内的运动过程,计算分析不同工况下的舱内泥沙分布和装舱容积曲线。结果表明,MIKE 3模型可以很好地模拟泥沙装舱过程,并且计算速度快,可以用于辅助挖泥船施工操作的事先控制。     

一线模型在黄河口岸线预报中的应用

建立了一种能够模拟黄河口海洋与河流混合动力作用模式下黄河口岸线淤积、延伸、侵蚀规律的一线数学模型。采用了反映岸线侵蚀重要因素的波浪破碎模型,并引入黄河径流挟带泥沙沿岸输沙率分布计算,不但提高了波浪计算的精度,也真实反映了黄河口门附近岸线演变现象的物理机制。研究结果表明,黄河口径流挟带的大量泥沙受到水流动力轴线影响,泥沙沿岸线的淤积是黄河口门附近岸线演变的重要因素之一。验证试验表明,模型计算结果与实测值吻合很好,可以用于黄河口岸线演变的预报计算。     

万泉河嘉积至博鳌河段河道水力特性分析

依托万泉河一期航道建设研究,建立了万泉河嘉积至博鳌河段二维正交曲线水流数学模型。首先采用天然资料对模型进行率定,通过有关参数调整,使数值计算成果与天然实测资料达到精度要求。依据对枯水期大潮、枯水期小潮、洪水期大潮3次潮流模拟成果,详细分析了目标河段地形、水位、比降、流速的变化特征,给出了潮区界、潮流界变化规律,明确了感潮河段的具体位置,并重点介绍了博鳌水域流场分布,为万泉河航道建设规划提供了技术支撑。     

长江口北槽12.5 m深水航道回淤的物理过程

长江口12.5 m深水航道于2010年3月贯通,发挥了巨大的经济社会效益,但航道回淤问题十分突出。针对航道回淤总量大、时空集中分布于洪季北槽中段最大浑浊带区段的特点,利用北槽洪季沿程大小潮水文测验资料,分析了水沙盐场的时空分布特征和输移规律,揭示了洪季航道回淤集中在北槽中段的主要原因,并提出了涨落潮周期内航道回淤水沙运动的物理过程。     

南港—北槽洪枯季沿程水沙盐特性分析*

利用2012年2月及8月长江口南港—北槽大、小潮水文测验资料,从涨落潮历时、流速、含沙量及含盐度等方面 分析了南港—北槽洪枯季水沙盐纵向及垂向分布特征以及潮周期内含沙量变化特性。分析表明：南港—北槽沿程各垂线落 潮平均历时洪季整体较枯季长,涨潮平均历时洪季整体较枯季短,且小潮期洪、枯季的这种差异更为明显;南港—北槽洪 季落潮流速普遍大于枯季,涨潮流速普遍小于枯季;小潮期涨潮平均流速会出现近底层较表层大现象, 且CSW-CS3出现滞 流点;北槽中段—口外段洪季含沙量及垂向差异均较枯季大,南港圆圆沙段及北槽上段枯季含沙量较洪季大;潮周期内北 槽中段各垂线上层含沙量均较小,且变化幅度相对较小,但下层含沙量变化达数倍乃至十几倍之多,且涨憩时段近底层含沙 量可能特别高;洪枯季北槽中段均存在盐水楔,其位置洪季偏上、枯季偏下,最大浑浊带洪枯季位置变化与此基本一致。     

山区大型河流弯曲分汊河段航道整治思路与措施

铜鼓滩为弯曲分汊浅险滩,弯槽为枯水航槽,上口水浅,不满足尺度要求,中段航槽落湾,弯曲半径小,下口流速大,流态乱,上下水船舶航行危险。通过叙泸段工程整治,该滩碍航问题得到解决。基于模型试验成果和工程实际效果,通过研究该滩水沙特点和碍航特性,对治理思路与整治措施进行剖析。该类滩险主流洪水趋直,枯水落湾,洪水面流与底流分离,面流趋直,底流携带泥沙落弯;可开辟窄深型直汊通航,辅以江中整治建筑物束水维持航槽稳定;考虑到水沙分离的规律,应合理确定分流点,使水流归直槽,泥沙仍走弯槽。     

三峡水库常年回水区和尚滩汛期航道条件变化分析*

收集三峡水库常年回水区洪水急流滩——和尚滩大量的实测地形、水文及过往船舶航行资料,建立了数学模型,分析汛期的航道条件变化,并得到和尚滩的船舶自航上滩临界流量条件。结果表明：175 m试验性蓄水后,和尚滩航道条件有所改善,流速、比降减缓,水深、航宽增加,万吨级船队及3 000吨船舶自航上滩临界流量有所提升,航运效益明显提高。     

岷江龙溪口航电枢纽工程船闸总体布置与通航条件研究

针对龙溪口航电枢纽船闸工程建设过程中出现的居民渡河安全、船闸临时通航和下游河床下切等问题,采用二维数学模型对工程河段施工期下游水流条件和导流第三期工程第一个汛期(三期一汛)船闸上引航道通航水流条件进行数值模拟。结合工程的具体情况,提出新民客渡临时过渡方案。结果表明,下游河床下切预判数据、三期一汛枢纽调度和船闸运行方案保证了施工期工程河段两岸居民的渡河安全,有效解决了河床下切对船闸通航的影响,确保三期一汛岷江航道的畅通。     

海平面上升对长江口涨落潮历时差的影响

针对近年来全球变暖,海平面上升影响河口地区水文特性的问题,对海平面上升对长江口涨落潮历时差的影响进行研究。采用二维潮流数学模型的方法,模拟在长江口上游大通的洪枯季及年平均径流量条件下,海平面上升100 cm对涨落潮历时的影响。结果表明:海平面上升减小了长江口北支上半段、南支和南北港等中上游区域的涨落潮历时差,对靠近外海的北支末段和南北槽的涨落潮历时差影响很小。海平面上升加大了河口地区的涨潮动力,使长江口的涨落潮历时差有所减小,由此对长江口地区的盐水入侵和泥沙输运带来的影响必须引起重视。     

长江口南港化学需氧量动力学模型的应用

分析了长江河口南港的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,即COD)的断面分布实测数据。应用Hydroqual公司的环境生态动力学模型EFDC在长江河口河段建立了三维的化学需氧量动力学预测模型,用此模型得出南港区域的化学需氧量的三维空间分布及其随时间的沿程变化。数值结果显示该区域化学需氧量分布趋势大体为:排污口附近较多,枯水期更为明显;丰水期由于长江径流的稀释作用,其浓度大大降低;将数值模拟的结果和现场观测值进行了对比,表明三维环境生态动力学模型EFDC是基本可行的预测模式。     

闽江下游感潮河道枯水动力特性变化分析

建立了闽江下游河道一维非恒定流数学模型,对枯水大潮条件下闽江下游河道沿程各断面的潮位、流量变化过程进行了模拟;结合历史实测资料,对闽江下游河道枯水条件下水动力特性及其变化进行了分析。结果表明,闽江下游河道潮区界、潮流界上溯明显,南北港涨潮流规律有所不同,南港分流比达30%左右,回复到1985年前水平,而干流及南北港河道河床严重下切是枯水动力条件变化的主要原因。     

重大水利工程运用对长江入海径流量的影响

采用长江大通水文站1950²011年逐日平均流量资料,运用Pettitt突变点检验法对年、枯季、汛后平均流量序列进行突变点分析。用突变点对时段平均流量序列进行分段,采用M-K趋势性检验法分析各段及整体序列的变化趋势。结果表明,20世纪初,长江上游区域呈现降温、降水减少是造成年平均径流量缓慢下降的原因。20世纪80年代以来全球气候变暖,可能是导致19882011年逐日平均流量资料,运用Pettitt突变点检验法对年、枯季、汛后平均流量序列进行突变点分析。用突变点对时段平均流量序列进行分段,采用M-K趋势性检验法分析各段及整体序列的变化趋势。结果表明,20世纪初,长江上游区域呈现降温、降水减少是造成年平均径流量缓慢下降的原因。20世纪80年代以来全球气候变暖,可能是导致1988²011年的枯季平均径流量相对19502011年的枯季平均径流量相对1950¹987年有明显的抬升、发生均值突变的原因之一;上游水库群在枯季对长江下游的径流补给加剧了枯季入海径流量上升趋势。汛后平均径流量在1990年和2003年都出现了突变点:19501987年有明显的抬升、发生均值突变的原因之一;上游水库群在枯季对长江下游的径流补给加剧了枯季入海径流量上升趋势。汛后平均径流量在1990年和2003年都出现了突变点:1950¹990年间,显现出微弱的下降趋势;19901990年间,显现出微弱的下降趋势;1990²003年间虽然为上升趋势,但平均径流量明显低于前40 a;20032003年间虽然为上升趋势,但平均径流量明显低于前40 a;2003²011年期间转为较为明显的下降趋势,同时平均径流量也低于以往。从三峡工程蓄水运行时间来分析,2003年之后的汛后径流趋势转变可能与三峡工程运行有直接关系,但需要进一步的证实。