等宽明渠交汇水流数值计算

针对明渠交汇口缓流流动特性,分别应用水深平均H-L模型及k-ε模型建立了二维数值模型.水深方向采用静压假定,可模拟自由面和河床地形变化;应用交错网格上的有限体积法对方程组进行离散并采用水深速度校正算法求解;每个代数方程求解采用TDMA逐行扫描法;针对交汇口几何特征,分区进行网格划分.应用实测资料对两种模型进行了验证比较,结果表明两种模型均可模拟明渠交汇口基本流动特性,但H-L模型所得的分离区计算结果比k-ε模型更为准确.

明渠交汇口三维水力特性试验研究

支流汇入主流后,在交汇口下游附近形成复杂的流动现象,对于确定渠道有效过流断面、泥沙及含有物质输移及淤积、渠底及边壁冲刷等产生重要影响。本文目的在于采用试验手段探索干支渠交汇口的三维流动结构。在一个矩形断面且等宽、45°交汇的半封闭自循环水槽中,应用五孔毕托球对明渠交汇口三维流动特性进行了试验研究。试验结果表明,对于给定交汇口形状及尺寸,分离区形状基本保持不变,尺寸随主支渠流量比变化并具有较好的相关关系;在和主渠轴线正交的横断面上交汇水流存在横向分速,水面附近横向分速指向交汇口对侧固壁,临底附近横向分速指向交汇口一侧。对于流量比较大的汇流流动,断面环流是交汇口水流三维流动的一个重要特征。

明渠交汇口水流分离区研究

支流汇入主流后,在明渠交汇口下游附近形成分离区,造成过流断面束窄。采用水力学基本理论及试验手段,对等宽明渠交汇口水流分离区的形状及尺寸进行了理论分析和试验研究,提出了分离区收缩系数及能量损失系数的理论表达式并与试验结果进行了比较。研究结果表明,随交汇角或主支流流量相对大小不同,分离区尺寸发生变化;对于给定交汇口几何形状及尺寸,分离区形状基本保持不变,但分离区尺寸随流量比变化并具有较好的相关关系,并随交汇角增大呈有规律增加。

冰盖下水流垂线流速分布规律研究

河道中冰盖显著改变了水流流动结构。采用k-ε紊流模型建立了冰盖下水流流动垂向二维数值模型;根据量纲分析理论提出了流速分布规律的影响因素;针对各种因素的不同组合进行了数值计算,并对其流动特性如最大流速点位置、冰区及床面区平均流速等进行了分析研究;对冬季封冻河道的二点测流法精度进行了理论分析。研究结果表明,冰盖下水流的纵向流速在流动核心区并不遵循对数分布规律,同时揭示了冰盖底部与河床的相对粗糙比、河床相对粗糙度及雷诺数对流速分布规律的影响。

等宽明渠交汇口水流一维数学模型

本文采用理论分析及试验手段,对等宽明渠缓流交汇水流进行了研究。对交汇口流动的各种影响因素进行了量纲分析,确定表征流动特性的主要物理量。根据水力学基本理论,建立了交汇口上下游水深比的普遍方程,方程中考虑了动量修正系数、动能修正系数、支流汇入角等影响因素的影响,并对水深比与交汇角、流量比及水流Fr数之间的变化关系进行了讨论。解析表达式的计算结果与实验结果符合较好。

冰盖下水流流动的掺混特性

本文采用k ε紊流模型建立了冰盖流及物质输移的垂向二维数值模型,对封冻河道水流的垂向掺混特性及水中冰在冰盖下的输移规律进行了研究。研究结果表明,冰盖下水流纵向流速在流动核心部分较为均匀,并不遵循对数分布规律;沿水深水流紊动粘性系数并没有出现为零现象,并当上下边壁粗糙相近时,在水深中部达到最大:位于不同水深位置的水中冰进入封冻河道时,在冰盖下有不同的输移规律,水深中部水中冰的最大浓度值降低速率及扩散范围相对较大。研究结果揭示了冰盖对水流流动及垂向掺混的影响。

交汇水流三维数值模型

应用显式代数应力模型建立了交汇水流三维数值模型。方程离散采用交错网格上的有限体积法,并采用SIMPLE算法求解,代数方程求解采用TDMA逐行扫描法。针对交汇口几何特征分区进行网格划分,自由水面求解采用VOF方法。应用实测资料对计算结果进行了验证,同时与应用k-ε紊流模型的三维数值计算结果进行了比较。研究结果表明,文中所提出的数值模型可以更好地模拟交汇水流独特的三维流动特性。

长江口水源地咸潮控制临界流量确定及保障措施

为保障上海市长江口水源地的供水安全,并为流域的水资源规划提供依据,在对长江口咸潮入侵特征进行分析的基础上,根据上海市长江口各水源地的供水能力,明确了保障上海市长江口水源地供水安全分月控制临界流量的涵义和标准。根据陈行取水口实测资料采用统计模型,并结合多盐度数学模型的计算成果,综合分析确定了咸潮入侵期(10月至次年4月)各月的临界流量过程,并提出了长江口水源地咸潮控制监界流量保障措施建议。

长江口徐六泾流量与大通流量间关系的探讨

为掌握长江的实际入海流量，基于长江大通水文站和长江口徐六泾水文站2008年全年流量资料，初步分析探讨了徐六泾流量和大通流量的关系。结果表明．徐六泾日流量和大通日流量过程基本一致，但徐六泾日流量过程较大通滞后4～6d；徐六泾与大通日流量差值存在14．8、28．4、166．6d的变化周期，分别对应天文潮的半月周期、月周期和春秋大潮周期的变化；从全年看，徐六泾流量略大于大通流量；大通流量基本可代表长江的入海流量。

三峡水库对长江河口北支咸潮倒灌影响探讨

为了解三峡水库的运行对长江河口北支咸潮倒灌的影响,对三峡水库初步运行前后北支咸潮倒灌的变化进行了分析。结果表明：三峡水库运行后,受水库下泄水量变化影响,北支咸潮倒灌时间提前,10-11月咸潮倒灌强度增加,12月至次年4月倒灌强度减弱,咸潮倒灌强度的降幅小于增幅;在咸潮倒灌最为严重和长江口淡水利用最为重要的1-4月,水库的实际运行所引起的北支咸潮倒灌减弱的幅度并不大;三峡水库的实际运行使得北支咸潮倒灌的强度在各月重新分配,但对一年中整个咸潮期咸潮倒灌的总强度影响不大;水库运行后,北支极端咸潮倒灌的强度降低,这对提高长江口水源地的供水安全及保证率有利。

基于FVCOM的强潮海湾三维潮流数值模拟

采用三维非结构网格、有限体积的河口、陆架和海洋模型FVCOM模拟强潮海湾三门湾的三维水动力特征.模拟研究表明:FVCOM模型能很好地用于类似三门湾这样的具有复杂岸线、地形、多汊道的强潮海湾;由于垂向混合较强,三门湾表、底层的流场及余流场结构基本一致;受大柴门、田湾山诸岛复杂岸线、地形影响,大柴门、田湾山诸岛连线以西诸水域,余流总体上指向东南向外海;大柴门、田湾山诸岛连线以东至花岙岛的满山水道水域,余流呈顺时针环流结构,最终沿石浦水道净泄入海;FVCOM模型的干湿判别功能基本能较好地反映涨落潮过程中强潮海湾的滩地出露特征.

上海长江大桥桥墩冲刷坑深度研究

在对长江口北港水沙条件以及河势进行分析的基础上,采用局部三维泥沙数学模型和局部正态物理模型2种手段预测上海长江大桥桥墩冲刷坑的最大冲刷深度,三维泥沙数学模型和局部正态物理模型的边界条件由大范围的长江口二维水流数学模型的计算结果提供。结果表明,2种手段预测得到的桥墩冲刷深度较为接近,可为桥梁设计提供科学依据。

长江口采砂方案评价指标体系初探——以东风西沙水库工程采砂方案为例

近年来,为改善投资环境,长江口沿江两岸堤内外吹填造地对河道砂石的需求量逐渐增大。大规模无序、盲目的采砂活动已引起局部河势的不利变化,危及长江口防洪及通航安全。为规范长江口采砂行为,维护长江河口的健康,迫切需要建立一套科学的评价指标体系,为评价采砂活动提供方法。结合近年来编制采砂可行性论证报告的实际工作经验,对长江口采砂方案评价指标体系进行了初步探索,提出了评价指标的评价方法与评价标准,供业内同行及采砂管理部门参考。

水沙数学模型技术在长江河口整治中的应用

为给河口整治提供参考和借鉴,基于DELFT3D模型系统建立了长江河口水沙数学模型,并利用实测水文、泥沙数据进行了率定、验证。大量实测资料验证结果表明,该模型的潮位、潮流和含沙量模拟平均精度分别可达91%,86%和72%,模型具有较好的模拟精度。该模型在长江河口治理规划研究、整治工程方案设计、施工设计、航道治理等方面应用效果良好,可为相关整治工程的决策和设计提供一定的技术支撑,值得进一步推广应用。

三峡运行对长江入海流量及上海城市供水的影响

三峡的运行使长江入海流量发生变化,从而对长江口的咸潮入侵及上海市长江口水源地的供水产生一定影响。本文收集了大量实测资料,对大通～徐六泾流量关系进行分析,在此基础上,采用统计分析法和数学模型计算等手段定量分析了三峡试运行期和今后正常运行期对入海流量及上海市长江口水源地的影响。分析结果表明:目前在10月至翌年4月,大通流量基本可代表入海流量;总体而言,2003-2008年三峡的运行对长江入海流量影响不大;三峡按照优化的调度方式运行后,在枯水年份的1-3月,入海流量将增加2000m3/s左右,有利于压制河口咸潮,但在上游来水特枯的情况下,长江口水源地最长连续不宜取水天数仍会超过10天,上海城市供水仍存在一定的隐忧。

9月至翌年4月宜昌、大通来流趋势及两站流量关系初探

利用长江上、下游代表水文站宜昌、大通站1951～2008年逐月月均流量资料,采用线性倾向估计、非参数Mann-Kendall检验、滑动t-检验等方法,对两站9月至翌年4月(三峡蓄水期及枯季)各月多年来的流量变化趋势进行探讨,分析了流量发生突变的时间,并对各月两站流量间关系进行初步的研究。研究表明:宜昌、大通各月流量多年变化趋势基本一致,多年来,两站9～10月流量减少,1～3月流量显著增加,流量突变大多发生在20世纪80年代,流量的变化主要与水利工程的建设及流域降雨量的变化有关;宜昌、大通站两站流量存在一定的内在关系,9～10月份两站流量间关系较好,其余月份宜昌、大通两站流量的比值与大通流量间关系较好,所得关系式可初步用于流量预测。

基于实测资料的长江河口南支河段盐水入侵规律分析

为对长江口南支河段盐水入侵规律有清晰的认识,在梳理、总结以往研究成果的基础上,通过对历年咸潮及氯度实测资料的分析,对长江口南支河段盐水入侵的规律进行了较为全面系统的分析研究。研究表明:北支盐水倒灌是长江口南支河段盐水入侵的主要来源;在研究水域,枯季大潮期氯度的沿程分布表现为两头高、中间低的"马鞍形"形式,枯季中潮期则为"高-低-高-低-高"的复杂的"W"形的分布形式;受外海潮汐和上游径流的综合作用,由大潮到中潮,倒灌盐水团在下移过程中,氯度的沿程分布形式发生了变异;近期盐水入侵的程度有加剧的趋势;研究水域2～3月盐水入侵最严重,在这段时间内盐水入侵超标次数多、历时长;当大通流量小于20 000m3/s时,就可能发生明显的北支盐水倒灌南支现象;盐水入侵程度跟大通流量和潮汐强度密切相关;大通流量越大,盐水入侵程度越低;潮差越大,盐水入侵程度越高。