一维河网非恒定水沙数学模型研究

在已有研究的基础上,建立了适合复杂区域的河网非恒定流水沙数学模型。建立过程中考虑到计算精度和计算速度的要求,水流求解采用汊点分组方法,同时本模型选用了较符合河网泥沙运动的汊点分沙模式。最后通过长江中下游长河段的水沙运动模拟表明,建立的河网水沙数学模型能够满足实际工程需要。

长江中游瓦口子至马家咀河段二维水沙数学模型

针对长江中游瓦口子至马家咀河段(弯曲分汊河段)的水沙运动特点,给出了二维水沙数学模型尤其是推移质不平衡输沙计算的模式,主要包括推移质不平衡输沙方程、床沙级配方程、河床变形方程;对模型中的几个关键问题提出了处理方法,如非均匀沙起动及输移规律、床面混合层厚度等。利用大量的水流及河床变形资料,率定了模型的一些参数,进行了水面线、流速分布及河床变形的详细验证。在此基础上,根据设计部门提供的进出口水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲淤过程与分布及航道条件的变化。

河网非恒定水沙数学模型研究

建立了能够适用于多种情况的河网非恒定流水沙数学模型。推导提出了河网泥沙方程组的分级解法,提出了适用于河网计算的汊点分沙模式,分析和对比了多种分沙模式的适用性,对河网区域中可蓄水汊点也提出了相应的处理办法。采用汉江杜家台分蓄洪区的资料作了模型的验证和应用。

游荡型河流的平面二维水沙数学模型

为使数学模型能模拟游荡性河流因水流弯曲、分汊等导致的环流输沙作用,本文首先在悬移质泥沙对流扩散方程中增加了横向输沙项,然后引入适合游荡型河流的塌岸模式及局部动网格技术和网格融合技术,解决了河岸变形模拟和河道整治工程导致网格再生、床沙级配变化模拟等关键性难题,开发出可模拟游荡性河流河床演变且可反映河道整治工程作用的平面二维水沙数学模型。最后,以黄河下游柳园口—夹河滩河段为例,应用本文模型对游荡型河流河势变化进行了数值模拟,结果表明本模型能够真实地模拟出游荡型河流独特的河床演变过程。

河流型水库垂向二维水沙数学模型

在垂向二维水动力模型的基础上,叠加了泥沙模型,建立了垂向二维泥沙模型,该模型的主要特点是水动力模型采用斜压模式,可以模拟由于水库水温度分布时空变化对其水动力结构及泥沙沉降速度的影响;泥沙模型采用分步法求解,简化了计算;独立求解粘性泥沙及非粘性泥沙的沉降速度及水土界面交换通量;运用经验公式估算泥沙及水动力模型参数,弥补了资料不足的缺点。最后运用实测资料对所建泥沙模型进行了有效性验证,结果表明:悬沙模拟值与实测值相对误差较小,时空分布特征相似;同时,模型能较为准确反映由于水库出入流引起的库首与库尾水温及泥沙分布特征。

一维河网非恒定流及悬沙数学模型的节点控制方法

本文的一维河网非恒定流及悬沙数学模型 ,是根据以一维圣维南方程组 ,悬沙非平衡输运方程及水位、含沙量节点控制法而建立。首先 ,利用单一河流有限差分方程组转换形式和节点处质量、能量守恒性 ,写出所有节点的水位控制方程组。求解此不规则稀疏矩阵方程组得到所有节点的水位 ,再由单一河流非恒定流的求解方法可获得所有单一河流的断面水位和流量。基于水流的节点水位控制法 ,本文提出了节点悬沙控制法。假设节点处冲刷或淤积较小 ,所有节点的含沙量控制方程组可通过输沙量守恒方程用矩阵形式写出。求解此不规则稀疏矩阵方程组 ,得到所有节点处的含沙量。所有单一河流断面处的含沙量通过单一河流悬沙输运的求解方法获得。本文介绍的模型适用于各种河网类型。作为检验 。

干湿边界的斜对角笛卡尔方法在平面二维水沙数学模型中的应用

复杂边界,尤其是发生干湿变化的动边界,一直是二维水沙数学模型计算的难点,也是控制计算收敛和精度的关键。本文主要介绍在二维浅水方程和泥沙数学模型中采用斜对角笛卡尔方法结合干湿边界点的变化来处理复杂边界问题,并将这一方法应用到北京首都国际机场扩建工程跑道高程设计和华能丹东电厂海水蓄水库泥沙淤积的模型计算中。计算表明,该方法拟合精细、处理简单、计算高效,与实测结果吻合较好。

珠江三角洲航道网一维水沙数学模型的可视化研究

从复杂河网的数字化、可视化出发 ,对珠江三角洲航道潮流界、西江和北江航道沿程水位线等的动态演示 ,以及河道中断面水沙特征的可视化研究 ,使得分析复杂河网水沙数学模型的计算结果更简便、直观 .

尾闾段河网一维水流数学模型应用研究

尾闾段河网常常是连接上下游的水上通航要道,且上游洪水需要通过尾闾段河网下泄,这就使得尾闾段河网水流运动的研究成为非常重要和十分必要的课题之一.在对尾闾段河网水流的运动特点及一维河网计算的研究现状评述的基础上,选用自编程序"河网水动力模型"和商用软件HEC-RAS分别建立一维河网水流模型,应用于赣江尾闾段,针对洪水流量、中水流量和枯水流量分别计算沿程水位.在洪水流量下,根据计算所得的水面线,找出各主要站点的水位作为警戒水位,当该站点水位有接近警戒水位的趋势时,提请有关部门应做好防洪工作.在中水期,主要考虑造床流量的影响.在枯水期,根据计算得出的水位,得到各主要站点的最低通航水位,为枯水期能否顺利通航提供依据.

闽江口河网二维潮流数学模型

应用“河网正交贴体坐标”技术拟合闽江河口多汊道河网 ,将网格控制在河道有效区域内 ,使网格空间步长大大缩小 ,提高了计算的可信度 .应用“矩阵追赶法”和“非线性二维潮流模型”等求解方法 ,很好地模拟了闽江河口复杂的潮流场 ,计算时间步长可长达 1 0min .该数学模型已在闽江口等多个工程中得到应用 ,效果良好 .

基于GIS的黄河下游二维水沙数学模型水沙构件设计

基于无结构网格的FVM方法离散微分方程,采用Osher及LSS格式计算对流通量,通过高斯积分求扩散项中控制体形心处的梯度矢量,预测、校正二步格式求解方程组,保证了水流计算格式的解具有良好的物理基础,符合解的特征构造,具有守恒性、逆风性、单调保持性。利用实测资料对非均匀沙沉速、分组沙挟沙力、紊动黏滞性系数计算公式等进行了适应性分析,综合确定了适应于高含沙水流的计算模式和方法。

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.

河道二维水沙数学模型及流场动态显示初探

作者简述了正交贴体坐标系下河道二维水沙数学模型的基本方程、边界条件、动边界技术及数值计算方法 ,应用北江下游水流及河床变形资料对模型进行了验证 ;采用VisualBasic 5 0进行了流场动态显示的初步探讨。此外 。

一二维耦合河网水沙模型研究

借鉴河网水流的三级解法,将二维河段概化为河网内部河段,通过河网节点流量和输沙量的平衡,建立一二维耦合河网水沙模型。模型采用全隐式方法建立二维河段以首末断面的水位和含沙量为中间变量的矩阵追赶关系,进而建立整个一二维河网的节点水位及含沙量的矩阵方程组。对方程组的求解,可实现一二维水沙模型的耦合求解。通过对长江下游大通至镇江概化河网的验证计算,表明模型具有很好的实用价值。

复杂河网水沙数学模型研究

根据节点水沙平衡和能量衔接条件,在单一河道水沙数学模型的基础上,建立了可以适用于一般河网体系水沙数值计算的数学模型,并采用荆江-洞庭湖的相关资料进行了验证。结果表明,模型的计算值与实测值吻合较好,说明对荆江-洞庭湖区域复杂边界条件的处理是合适的,所建模型具有较好的适用性。

一维河网嵌套二维洪水演进数学模型应用研究

建立了一维河网嵌套平面二维洪水演进数学模型,并以长江干流螺山-汉口河段和汉江支流东荆河水系作为应用对象,对该地区分蓄洪区调度方案进行模拟。对东荆河分洪民垸、杜家台分蓄洪区等实施分洪后汉江、长江干流洪水位变化和各分洪区进洪后洪水演进、淹没过程进行了初步模拟。结果表明,分洪对降低距分洪闸较近的分洪口门河道水位最为明显,对下游水位也有较明显的降低效果,但对上游水位影响较小,同时也表明模型构建合理、运用方便、稳定性好,符合实际物理过程,具备推广应用价值。

黄河尾闾段一维耦合水沙数学模型研究及其应用

小浪底水库于1999年运用以后,该河道经历了长时间持续冲刷过程.为掌握小浪底水库运用后黄河尾闾段洪水演进特点及河床冲淤规律,采用一维水沙数学模型研究是一条重要的途径.本研究首先采用浑水控制方程,建立了一维耦合水沙数学模型,并利用2003年利津-西河口段汛期实测水沙及汛前断面地形资料对该模型进行率定,计算的流量、水位及含沙量等过程与实测值吻合较好;然后采用2015年利津-汊3段汛期实测资料对该模型进行验证,结果显示水位与冲淤量计算值与实测值较为符合;最后基于2015年实测洪水过程,计算了若干组不同断面间距下的洪水演进及冲淤过程,分析了不同断面间距对沿程水位及河段冲淤量等计算结果的影响,结果表明:采用不同断面间距对水位计算结果影响较小,而对冲淤量计算结果会产生一定影响;在河段水沙及冲淤特性复杂的情况下,采用一维数学水沙模型计算时应考虑断面间距的选择.

大田平原河网水动力和平面二维数学模型研究

从大田平原地势低洼、调蓄控制性工程不足和灵江水位高阻水严重等方面分析了洪涝灾害形成的原因;对大田平原河网进行了水动力分析并建立平面二维模型,通过对地形水深修正、调整河床阻力糙率系数和涡粘系数的平面分布,对模型进行了验证计算,模型计算结果表明,模型所采用的水文分析成果、水利计算方法、验证的水动力计算参数、取得计算成果和参数可靠.

基于一维河网数学模型的荆江三口河口疏浚方案

20世纪50年代以来,在以下荆江裁弯和葛洲坝工程截流为代表的一系列江湖演变和人类活动影响下,荆江三口分流能力逐渐减小,断流现象不断加剧,在三峡水库蓄水及上游水库群联合调度的新水沙条件下,这一问题愈发突显。为此,围绕荆江三口河口段开展疏浚整治研究,通过拟定设计枯水流量及设计通航等级,结合三口河道横纵剖面形态确定设计疏浚基准线、底宽、边坡等参数并提出河口疏浚方案。通过构建一维河网数学模型,计算得到疏浚后的荆江干流及三口河道水沙输移过程,从而分析疏浚整治效果并得到推荐方案。结果表明:方案对荆江及荆南水系造成的防洪影响较小,并能保证三口河口段相应的设计通航条件。其中,松滋河东支的疏浚效果最为显著,其分流能力得到极大提高,断流现象得到有效解决;虎渡河由于受中河口处松东支水流顶托作用及下游南闸底板高程限制,其断流现象及分流能力的改善十分有限;藕池河由于受河口段下游长约30 km的逆坡河段阻流作用,其疏浚效果最不明显。建议松滋河可适时开展河口疏浚工程试点,虎渡河、藕池河则宜尽快开展全线综合整治等专题研究。

一二维水沙数学模型在长江的研究与应用

水沙数学模型是研究河段水动力情况、河势变化预测预报以及工程泥沙问题的一个强有力的手段,长江委水文局利用水动力学、河流泥沙动力学、河床演变等基本方程,研究开发了以纵向泥沙冲淤为主要研究对象的一维水沙数学模型,和以平面或横断面泥沙冲淤为主要研究对象的平面二维水沙数学模型,并将模型应用于诸多涉水工程及相关泥沙问题研究工作中,取得了良好的效果。