基于Flow-3D的多阶明渠工程数学模型研究

[目的]研究灌区多级阶梯明渠水流的水动力特性及泥沙淤积问题,并评价其对多阶明渠工程的影响.[方法]基于VOF方法,在Flow-3D平台上建立了山东省德州市牛角店输水工程的三维数学模型,通过模拟不同工况下的三维多阶明渠水流,对比分析水流流速分布、水面线变化及渠底泥沙淤积情况.[结果]水流流态平稳后,最大流速出现在第二级阶梯上,挟沙水流流速较清水流速大0.50~0.86 m/s;在挑坎及第二级阶梯上,水面线变化幅度较大;随着时间推移,泥沙主要淤积于挑坎前及第三级阶梯底部,200 s时淤积厚度最高达0.143 mm.[结论]在牛角店输水工程施工及后期运行中,适当加固第二级阶梯渠底,提升第二级侧墙高度,并通过调控下游水位以保证灌渠的安全运行.

坡面水流水动力模型研究

随着城市规模的快速增长,立交桥等陡坡道路建设过程中面临的积水问题越来越受到重视。为研究变坡水槽降雨径流的水力学特征,借鉴一维坡面流的基本方程,以Roe格式近似黎曼解方法为基础,建立了模拟自然降雨条件下不同坡度坡面流运动情况的数学模型,通过人工降雨实验验证了16种工况下流速的拟合情况。实验结果显示,实测值和计算值之间的相对误差在0.6%~17.4%之间波动,总体上维持在15%以内。计算值和实测值表明,坡面流速、水深跟降雨强度和坡度均成正比关系,符合实际情况。同时,两者之间表现出较好的拟合度,说明了该模型具备模拟坡面薄层水流的能力。

唐山市古冶区地下水数学模型研究及应用

基于地下水动力学理论,建立了唐山市古冶区地下水数学模型,并对模型参数及边界条件进行确定。通过模拟得到研究区域内全年地下水变化情况及其流场分布,其中水位变差及地下水流向与当地实际相符,说明该模型合理、可靠。同时计算得到研究区域内近年地下水补排量,将其与储变量比较可知,在近年取排水条件下,地下水供给难以满足当地取水需求。对此,在不同径流量保证率下,提出相应的建议采水方案,以保证唐山市古冶区地下水取水需求。