Scour depth beneath a pipeline undergoing forced vibration

This paper studies the coupling effect of the pipeline vibration on the seabed scour. A vertical two- dimensional model is applied to numerically investigate the local scour below a vibrating pipeline with different amplitudes and periods. Using the scour underneath a fixed pipeline as a reference, this paper focuses on the impact of the pipeline vibration on the equilibrium scour depth. Generic relationships are established between the non-dimensional scour depth and the non-dimensional vibrating parameters, i.e., amplitude and frequency. The normalization process takes into account the influences of such parameters as the incoming flow velocity, pipe diameter, and Shields parameter. An empirical formula is proposed to quantify these relationships.

床沙级配调整对黄河下游洪水演进的影响

小浪底水库运行以来,进入黄河下游的水沙条件出现了较大变化,受水库清水下泄影响,黄河下游床沙粒径出现了明显的粗化。为了探讨床沙级配粗化对黄河下游洪水演进的影响,本文首先建立了适用于黄河下游的一维水沙耦合数学模型,然后采用花园口至孙口河段2020年4—10月的实测洪水过程对模型进行了验证;其次根据河段床沙粗化特点,并以花园口床沙粗化过程为代表,设计了4组床沙级配作为模拟计算的初始床沙条件;最后采用验证后的模型进行了模拟计算,分析了床沙级配调整对洪水演进的影响。结果表明:床沙级配调整对黄河下游的流量、水位、含沙量、洪水演进时间以及河段冲淤量均有影响,但是对流量影响较小,而水位、含沙量、洪水演进时间与河段冲淤量对床沙级配的改变响应较为敏感。床沙中值粒径d_(50)由0.076 mm(级配1)增至0.242mm(级配4)时,夹河滩断面水位增高0.89 m,花园口至孙口河段冲淤量由冲刷0.679亿m^(3)转变为淤积0.059亿m^(3),冲刷量减幅为109%。研究结果可为新水沙情势下黄河下游河道治理提供借鉴与参考。

船闸泄水作用下引航道中动水冲沙规律

结合工程实际,研究利用船闸泄水进行下游引航道清淤,对减少清淤成本、提高通航效率有着重要的工程价值。建立枢纽及船闸下游引航道的二维水沙数学模型,采用已有模型试验对水流场和泥沙场进行验证。研究引航道及口门区的泥沙淤积规律,在此基础上,分析船闸输水系统的水力特性,研究了不同冲刷流量、冲刷时间和初始淤积厚度下引航道及口门区的冲刷效果,得出船闸泄水量与引航道及口门区最大淤积厚度的关系。结果表明,在同一初始淤积地形和冲刷流量下,引航道及口门区的最大淤积厚度与冲刷时间呈线性变化,冲刷流量越大,泥沙厚度下降的斜率越大。淤积厚度低于一定值后,随冲刷时间的增加,冲刷效果开始减弱。

溃坝水流与泥沙冲刷的三维数值模拟研究

基于N-S方程、RNG k-ε模型和有限差分法建立了溃坝洪水分析的三维数学模型,进行了溃坝洪水通过直角弯道的模型试验,并将计算值与实体模型试验结果中洪水的实测值进行对比,结果表明渠道内洪水位的计算值与实测值高度吻合,流速大小与方向也基本一致。为进一步研究溃坝洪水冲刷问题,在水流模型的基础上加入了泥沙模型,并采用槽宽突变渠道中溃坝洪水冲刷的模型试验进行验证,验证结果表明洪水水位的实测值与数值模拟计算值吻合较好,冲刷完成后的冲刷坑深与堆丘高度也基本一致,说明所建的泥沙模型在研究溃坝洪水泥沙冲刷问题时有较好的准确性与实用性。

黄河中游龙潼河段一维悬移质泥沙数学模型

建立了适用于黄河中游龙潼河段的一维悬移质泥沙数学模型。利用十年实测水沙资料进行了验证计算，结果表明，实测冲淤量与计算值基本相符。本模型可用于预测不同减水减沙情况下的泥沙冲淤调整过程。

实体模型变率研究

通过系列变率模型试验研究表明，模型变态对水流与泥沙运动均有不同程度的影响：当变率不大于１０，且分流角与两汊过流横断面面积相差均不大时，模型变态对汊道的分流比影响甚微；当变率大于４、模型宽深比小于５ 时，模型变态对纵向垂线平均流速分布、弯道水流动力轴线及其河床变形影响较大，并且模型变态对泥沙冲淤相似的影响较对流场的影响更为敏感。研究还表明。

海底管道周围局部冲刷数值模拟分析

通过建立一个垂直二维紊流模型来模拟管道周围流场,建立泥沙冲刷模型来模拟海床底面变化。其中,冲刷模型同时包括悬移质输沙和推移质输沙。海床底面变化通过计算底面泥沙总输运平衡关系得到。并进行多组冲刷数值实验,分析泥沙冲刷过程,总结出一套冲刷平衡深度经验公式。

长江下游河段桥墩压缩冲刷预测研究

建桥引起的河床变化可分为压缩冲刷和局部冲刷。相比于局部冲刷,压缩冲刷研究较少,压缩冲刷使桥址断面产生整体性下降,不利于桥墩基础安全。在总结前人研究成果基础上,以长江下游世业洲桥位方案为例,建立了桥墩压缩冲刷预测模型。探讨了不同空间尺度下桥墩边界的处理方法;针对长江下游河段水沙特点,从工程安全角度出发,提出了水沙过程的选取方法;最后预测了桥位上下游河床变形和桥墩压缩冲刷深度,并与长江下游已建桥址断面冲刷深度进行比对,两者基本相当。结果表明,文中确定的桥墩压缩冲刷是合理的,可为桥墩基础埋深提供技术依据。

水库坝区冲刷漏斗的形成机理

为阐明水库冲刷漏斗的形成机理,开展坝区泥沙淤积的三维数值模拟研究.三维水沙数学模型使用平面非结构、垂向sigma网格和θ半隐、欧拉-拉格朗日追踪等数值方法,具有良好的复杂边界适应能力和计算稳定性.根据一、三维数学模型对比计算分析,确定三维数学模型的参数;在此基础上,采用三维数学模型模拟完整的水库坝区泥沙淤积过程.模拟Karot水库坝区20a的泥沙输移与淤积过程,得到了坝区水沙因子和河床冲於分布.结果表明:水库中泥沙主要沿着主流通道输运和淤积,与此同时,在该通道两侧、出流孔前平面环流的作用下折射挟沙水流形成集中淤积;随着水库运行年限增加,库区的高滩深槽逐步向水库出口推进,在坝区两侧集中淤积体之间、出流孔口前逐渐形成冲刷漏斗.

新疆卡拉贝利水库排沙效果试验研究

通过坝区动床泥沙物理模型试验,研究卡拉贝利水库的排沙问题。观测水库排沙运用时的坝前水流形态、沿程流速变化、冲刷漏斗形态,分析不同运用水位和开启不同排沙洞工况的水库排沙效果,并通过敞泄排沙试验探讨水库恢复部分库容的可能性。研究表明,水深与冲沙流量是影响水库排沙的重要因素,相同的冲沙流量下降低水位排沙效率更高。水库应根据上游来水来沙条件、电站运用情况和排沙洞前淤积高程,抓住有利时机,灵活地运用多种方式冲沙。

黑龙江抚远水道河床演变数学模型计算分析

抚远水道是连接黑龙江与乌苏里江的唯一水道,战略意义十分重要。通过构建抚远水道平面二维混合网格水沙数值模型,研究百年一遇频率洪水条件下抚远水道的水力特性,预测远期抚远水道的冲淤分布和河床演变趋势。研究结果表明,在百年一遇频率洪水条件下,抚远水道进出口水位分别约为42.2 m和41.0 m。抚远水道内流速沿程减小,入口和出口处流速分别约为1.2 m/s和0.4 m/s。抚远水道占黑龙江的分流比为13.7%~15.1%,且随着流量增大而增大。抚远水道总体河势相对稳定,河道内河床基本处于微冲或冲淤平衡状态,圈河岛区域冲淤变化较为明显,圈河岛南汊淤积厚度普遍为1 m左右。

黄河小北干流河床冲淤数学模型

本文在分析、研究小北干流河床演变实测资料和前人工作的基础上,建立了能够预报包括高含沙量洪峰产生揭河底冲刷的河床冲淤数学模型。经过1974～1984十年实测资料的验证,沿程各站水位及冲淤量均能反映实际。

平面二维溃堤水流泥沙数值模拟

基于一阶迎风格式平面二维河道溃口水流模拟，建立了非均匀沙模型并用于模拟平面二维溃堤水流泥沙及河床变形。给出了实际算例，证明该模型计算速度快，精度高，符合水流泥沙运动基本规律。

天山北坡水库泥沙淤积情势分析──以头屯河水库为例

本文着重讨论了头屯河水库泥沙淤积问题，详细分析了头屯河入库水沙特性和水库泥沙淤积的原因及影响因素，运用灰色动态模型对水库泥沙淤积的趋势进行预测，指出水库排沙减淤的可能性．为恢复水库库容提供理论依据。

坝前粘性淤积物局部冲刷漏斗模拟相似性研究

坝前局部冲刷漏斗形态，是多沙河流上修建的水库设计的主要参数之一，目前多通过模型试验确定．但由于相应的模拟理论尚不完善，造成试验成果与实际情况偏差较大．本文根据坝前水流条件及淤积物特性，导出了粘性淤积物局部冲刷漏斗模型相似准则，并通过模拟某工程实例得到初步验证．

河流网泥沙输移动力学模型的稳态分析

为了建立一种能够反映河网上泥沙输移的动力学模型,以体现泥沙在河流网上的输移特点和最终的冲淤平衡态,在对河网中支流级别及河段数作出新规定的基础上,即以支流汇入到干流所历经的汇流次数作为支流的级别,而支流河段数由高一级别支流的汇入决定,重点考虑了支流某河段携沙能力受本河段及相邻河段冲淤变化的影响,建立了反映河网上泥沙输移基本物理过程的模型.模型反映出不同河段上携沙能力和冲淤变化之间的自我调节是使河道趋于稳定的原因所在.结果表明,利用模型对稳态冲淤特点进行分析的结果与自然河域枯水期的泥沙冲淤特点吻合.该模型的提出为泥沙冲淤控制及河道演化等专业领域的传统问题提供了新的研究视角.

滦河迁西段弯道整治工程模型设计与试验研究

以滦河迁西县城段河道整治工程为研究对象,通过对原型河段实测资料的分析,设计出了推移质泥沙模型。通过模型对弯道处水流特性,由河心岛引起的分流比以及水工建筑物和栖凤岛对水沙运动的影响进行了试验研究,为本次整治工程的改进提出合理的建议,同时试验结果为该类河道的规划设计和整治工程提供参考。

桩周局部冲刷三维数值模拟

用数值模拟手段研究桩周冲刷越来越引起人们的重视。基于OpenFOAM开源CFD软件,采用VOF方法处理自由水面,通过动网格技术考虑床面地形随时间的变化,构建起桩周局部冲刷的动态三维数学模型。其中,通过改进沙滑模型以修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成的模拟失真,同时克服数值计算的不稳定性。计算结果和水槽实验资料对比分析,二者符合较好。

大平岛围垦工程对航道、码头影响研究

基于工程海域条件分析,建立了平面二维潮流泥沙数学模型。在实测资料验证良好的基础上,对大平岛围垦工程前、后的潮流、悬沙场等进行了模拟,就工程对围区附近航道、码头的影响进行了分析研究。研究表明,本工程的实施对周边海域没有大范围的根本性影响,其影响主要集中在西侧水道的局部水域,会使处于围区西侧水道的燕山热电厂煤码头及其航道等产生淤积,建议定期疏浚或采取其它工程措施。

基于自适应粒子群算法优化神经网络的多沙水库冲淤预测模型研究及应用

【目的】针对传统多沙水库冲淤预测模型难以准确、迅速预测某一具体水库调度运行方式下泥沙的冲淤变化过程,无法为制定合理水库调度运行方式提供决策依据的不足,构建一种计算效率高、能保证一定计算精度且相对简便的泥沙冲淤预测模型。【方法】将人工神经网络及粒子群优化算法引入到多沙水库冲淤预测中,构建基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型,并将该模型应用于冯家山水库库区泥沙冲淤形态、冲淤量的预测,验证其实用性。【结果】将多沙水库冲淤变化过程视为一个非线性动力系统,利用人工神经网络处理大规模复杂非线性动力学问题的优势,在采用自适应粒子群优化算法对BP神经网络的初始连接权值和阈值进行优化的基础上,成功构建了基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型。该模型在冯家山水库冲淤预测中的应用结果表明,模型计算值与实测值之间吻合良好,可满足实际水库管理的需要。【结论】所构建模型具有较强的合理性及较广的适用性,为多沙水库冲淤预测提供了一条有效途径。