黄河下游河床边界条件变化对河道冲淤影响计算研究

本文采用通过系统验证的黄河下游准二维泥沙数学模型,以2000年汛后地形为初始边界条件,对1960年～1962年实测来水来沙过程可能发生的黄河下游河道冲淤情况进行了模拟计算。计算结果与1960年～1962年实测值对比,发现两者表现出的河道冲淤量及冲淤沿程分布有明显的差异,本文对其原因进行了详细分析。该研究成果可为黄河下游河道整治及小浪底水库运用方式研究提供参考。

基于激光三维扫描的数据采集技术在模型黄河数字化河床试验中的应用

激光三维扫描和三维地质建模技术的应用能够使工程地质体表面的变形、沉降、扭转、位移等勘察工作变得更加高效、快速和经济.介绍了逆向工程的基本思想,探讨了逆向工程在数字化河床试验中的应用模式,阐述了激光三维扫描技术的发展现状、工作原理和技术特点,在此基础上讨论了河床数据的采集方法,描述了数据有效性诊断、数据拼合和曲面建立的算法过程.研究认为,激光三维扫描数据采集技术能够全面、有效地获得模型河床的表面数据和曲面建立,为下一步建模工作打下良好的基础,而且该技术在工程勘察领域的发展前景较为广阔.

考虑河道整治工程影响的一维水沙数学模型及其应用

在冲积河流上,各类河道整治工程的实施一定程度上会影响河床的演变过程.本文通过改进现有的一维水沙数学模型,重点研究护岸及护滩(底)这类限制河床进一步冲刷的整治工程对水沙输移及河床冲淤变形的影响.首先对固定断面的各节点采用特定的代码进行标记,以此区分河漫滩、有或无整治工程的主槽区域.然后对悬沙输移及河床冲淤变形模块进行改进:当断面发生淤积时,其形态调整不受整治工程的影响,淤积量将在整个断面上进行分配;当发生冲刷时,断面形态调整仅发生在未实施工程的位置或者受工程限制但形成了一定厚度淤积层的区域;在实施了整治工程且无法提供沙源的区域,河床冲刷则不会发生.最后长江中游荆江段2016年的模拟结果表明:考虑整治工程情况时,改进模型计算的河道冲刷量偏小且与实测值更为接近;河槽断面形态与实测结果也更为吻合.

不同条件下矩形沙坑影响的数值模拟对比研究

应用有限体积法建立了河道平面二维水流泥沙数学模型并将模型应用于典型河段的计算,验证了模型的计算精度。设置了不同来水来沙条件和沙坑几何边界条件,将本模型应用于几种工况的理想矩形河道中矩形沙坑影响模拟研究,计算表明采砂对河道的正常演变产生影响,影响结果与离沙坑的距离、沙坑的深度和面积大小以及来水来沙情况等因素有关。初步分析了在采沙规划中可控制采沙影响后果的措施。

三维水沙模型在永定河河势分析中的应用

为了检验永定河现状治导工程能否有效控制河势,采用CREST三维水沙数值模拟系统模拟分析河势走向、水沙浓度以及河床变形。根据永定河卢梁段河流泥沙和河床变化特征,引入合理床面悬移质平衡输沙浓度、推移质平衡输沙率以及平面分配系数,建立永定河卢梁段三维水沙模型并进行河床变形验证;模拟分析了河道流速场分布、悬沙浓度分布及河床变形规律,以及现状治导工程在控导河势方面发挥的作用,得到了河道环流、丁坝头绕流等复杂水流规律,并对游荡型河道流势、流向和顶冲点位置以及洪水主槽冲刷、边滩丁坝保护区淤积情况进行了预测。分析结果表明,河道治导工程在控制河势方面依然起到主导作用,部分丁坝坝顶受漫流冲刷破坏,局部河道需要添加少量短丁坝以巩固堤防安全。

干支流汇合处的二维河床变形数值模拟

为了做好汇流处的河道规划,定量地预测出汇流处的河床变形情况是很重要的.本文建立了一个既能处理干支流汇流,又能考虑泥沙粒度分布以及流线曲率的二维河床变形数学模型,并通过两个算例对汇流处的河床变形以及粒径分选情况进行了讨论.在算例1中,干支流的泥沙粒度分布被设定为相同,在算例2中,支流的泥沙被设定为比干流的细小,其平均粒径为干流的一半.计算结果表明,汇流处的冲淤情况两计算例子基本相同,受支流河床泥沙组成的影响不大,但汇流处的河床平均粒径,却深受支流来沙的影响,两算例差异较大.当支流泥沙细小时,受其直接流入影响,汇流处左岸未呈现出冲刷与河床粗化的对应关系.

黄河包头取水河段的动床模型试验与数值计算

针对黄河包头画匠营子河段取水问题，研究水沙变化复杂河段动床河工模型试验设计中的一些问题与数值计算方法。文中着重探讨了起动流速比尺、悬沙和底沙比尺的确定方法，详细给出了二维非恒定流及非平衡输沙的数值计算方法。试验及计算结果与原型河段实测资料吻合较好。

三峡库区涪陵港区码头对长江涪陵段防洪的影响分析

在分析长江涪陵段的水沙特性和三峡水库蓄水前后该河段河床演变趋势的基础上,运用二维水流数学模型,分析了4种流量组合情况下在三峡水库运用前和运用50年,涪陵港区码头修建前后的水位、流速变化及其影响范围.结果表明,修建涪陵港区码头对该河段的防洪及河势变化影响不大.

山区河流二维推移质数学模型及应用研究——以望谟河整治工程为例

为了充分利用我国西南山区丰富的水能资源,同时减少望谟河因山洪引起的高含沙水流洪涝和泥石流灾害,应用二维水流泥沙数学模型常用的控制方程式,采用有限体积法对方程进行离散,并使用"冻结法"对模型中陆地边界进行处理,建立了具有一定通用性的山区河流的二维推移质数学模型。利用建立的模型对贵州省望谟河新屯段进行了流场和推移质冲淤模拟计算,并进行了望谟河整治工程影响分析。结果表明:对于望谟河水位和河床冲淤变形验算,数值模型计算值与经验公式推算变化趋势一致,数值也较为接近;整治工程实施后望谟河沿程的水位绝大部分发生不同程度的降低,仅局部存在微小的抬高;望谟河整治后,同流量下,水位降低,流速归槽泥沙淤积减小,有利于河道防洪。

运用数学模型结论验证大清河倒虹吸布置

大清河为南水北调工程天津干线上流域面积最大的交叉河流。大清河倒虹吸位于河北省容城县、津保高速公路白沟连接线下游70m处。为确保工程安全,在地形测量、钻取河床质、搜集水文站实测资料等基础上,进行二维水沙数学模型的动床计算,预报河床变化趋势和规律,验证现状倒虹吸布置。

三峡回水变动区长寿-洛碛河段水沙数值模拟

三峡库区泥沙累积性淤积给航道的日常维护管理以及航道整治带来了新的问题。建立了二维水沙数学模型对三峡库区回水变动区长寿至洛碛河段的泥沙输移进行了数值模拟。敏感性分析表明输沙因子对泥沙淤积量影响最大。水位、流速流向和地形验证表明:数模计算成果较好地反映了实际水文、泥沙淤积情况。计算表明:受三峡回水影响,长寿至洛碛河段发生累积性的泥沙淤积,淤积区主要位于岸线凹凸不平的弯沱、回流区及河道的宽浅河段,淤积部位主要是深槽和边滩。淤积时间在每年的汛期6—9月份。受泥沙淤积影响,上、下洛碛和王家滩在低水位时航深不足,有碍航现象,建议加强监测,及时采取整治措施。

三峡水库不同调蓄方式对枝城至杨家垴河段冲淤变化的影响

三峡水库蓄水后,长江中游枝城-杨家垴河段发生了自上而下的剧烈冲刷。但是三峡水库不同调蓄方式对该河段冲淤变化的影响尚不清楚,而且现有的研究手段都具有一定的局限性。采用二维水沙数学模型,系统而全面地研究了三峡水库不同调蓄方式对于长江中游枝城-杨家垴河段河床冲淤变化的影响。研究发现,在现有的调蓄方式下,河床变形以全局冲刷为主,并且预计10年末河道地形接近冲刷极限地形,河道将基本保持稳定状态;在不同中小洪水调度方式下,河道处于整体冲刷的趋势定性上一致,仅在定量略有差异。

钱塘江涌潮二维和三维模型模拟及其差异分析

该文基于FVCOM模型的垂向平均二维水动力模块(2D)和三维水动力静压模块(3D),对两个模型模拟钱塘江涌潮传播结果存在的差异及其原因进行了研究。结果表明,2D和3D模型结果差异主要是底摩擦力大小不同引起的。在糙率及其他因素(数值格式、计算网格、地形及开边界条件)相同情况下,3D模型采用底部流速计算的底摩擦应力,相比2D模型采用垂向平均流速的计算值减小了8.2%~20.8%,导致3D模型涌潮高度、涌潮流速和传播速度分别增大4.0%~5.4%、3.3%~5.0%和1.5%~2.6%,且到达时间提前1.83~4.33 min。随着3D模型垂向分层数增加,底摩擦力略有降低,涌潮到达时间会略有提前,涌潮高度也略有增大。通过放大糙率或用垂向平均流速替换底部流速等调整底摩擦应力,3D模型涌潮计算结果可以非常接近2D模型。

长江中游河道床面冲淤及河岸崩退数学模型研究及其应用

三峡工程运用后,长江中游河段持续冲刷,局部河段崩岸现象较为突出,尤其在荆江河段.崩岸不仅影响局部河段河势的稳定,同时还影响两岸防洪及航运安全.本研究通过耦合一维水沙动力学模块、潜水位变化模块以及二元结构河岸稳定性分析模块,建立了模拟坝下游冲积河道床面冲淤及河岸崩退的一维耦合数学模型.采用该模型分别计算了不同年份长江中游荆江段的河床变形过程,对模型进行较为详细地率定和验证.计算结果表明:该模型能较好地反演研究河段内的水沙输移过程,并能模拟出主要崩岸发生区域及崩岸宽度;崩岸主要受近岸水流冲刷作用控制,但河岸土体内潜水位变化对上荆江河段崩岸的影响也较为显著;在下荆江河段,超过50%的河岸在洪峰期发生绕轴崩塌现象.此外,还分析了河段出口水位及河岸土体特性参数变化对崩岸计算结果的影响,这些参数的敏感性测试结果表明:当出口断面水位由于洞庭湖入汇而上升时,河段水面纵比降及平均流速减小,导致研究河段内崩岸宽度会有所降低;土体起动切应力的减小对河岸崩塌的影响最为显著,尤其在下荆江河段.