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。

三维水沙输移模型对深圳深水湾水沙输移的研究

运用三维水沙输移模型研究深圳深水湾的泥沙输移,经过实测资料的验证,计算值能够模拟实际情况,表明波浪对泥沙输移有重要的影响。为进一步研究深圳深水湾泥沙在潮流作用下的输移规律,模拟了1998年7月21日至1998年8月21日涨退潮期间的水沙运动,计算结果表明深水湾属于泥沙淤积区域。

水库冲刷漏斗三维数学模型及其应用研究

针对底孔前水沙运动规律的特殊性,引入行进水深以及求解底部挟沙力的张瑞瑾公式方法,建立了能准确反映孔口泄流条件下局部水沙运动待性及河床形态变化过程的三维水沙数学模型,使模型能准确反映孔口泄流条件下局部水沙运动特性及河床形态变化过程。通过室内模型试验对模型中的悬沙计算模块以及推移质计算模块进行了验证,结果表明,模型可应用于水库坝前冲刷漏斗模拟。最后将模型应用于云南瑞丽江水库取水防沙效果分析中,并对水库取水排沙调度提出建议。

宁夏水洞沟水库三维水沙运移数值模拟研究

为了研究水洞沟水库的水沙运移情况。建立了三维水沙数学模型,采用非结构网格的有限体积法,对两种工况下水库的水沙运动进行了数值模拟研究,对三个典型层的流场、部分断面的流速分布及部分断面的河床高程进行了分析。结果表明:流场的模拟值符合水流运动的一般规律,即从底层到表层流速逐渐增大;断面流速的分布规律也是合理的;几个典型断面的河床高程的模拟值与实测值较为一致。从而说明建立的数学模型可应用于跟水洞沟水库类似的工业供水水库。

弯道三维水沙数值模拟中推移质输移方向的选取

在曲线坐标同位网格下,采用不平衡输沙方程建立了弯道三维水沙数学模型,并考虑了弯道处横坡与纵坡存在对泥沙起动的影响。模型采用有限体积法对方程进行离散,采用与动量插值技术相结合的SIMPLEC算法来进行模型求解。通过弯道试验的计算表明,模型能够有效地模拟出弯道处二次流及河床的冲淤变化情况,实测值与计算值吻合较好。在此基础上,进一步分析了弯道处推移质输移方向选取对冲淤模拟结果的影响,选取推移质输移方向与近底0.08倍水深处流速方向一致时,模拟效果较好。

长江口深水航道三维泥沙数值模型相关问题探讨

基于近年来长江口三维水沙盐数值模型及水沙运动机理的研究进展,系统梳理了在长江口实际应用中面临的若干理论和技术难题,其中包括长江口物质输运模拟计算格式的守恒性和稳定性、河口区域河床切应力的准确计算、拦门沙区域近底高浓度泥沙形成机理及数值模型模拟、长江口近底高浓度泥沙横向入槽模式等问题,通过对于上述问题的梳理和总结,表明在长江口这类巨型河口进行三维水沙盐数值模型和水沙机理研究的复杂性,并针对此类区域的模型技术研发和水沙运动理论研究,提出了有科学意义和研究价值的方向和思路。

黄河大柳树河段河床演变的三维数值模拟

针对河岸冲刷、河床演变显著的河流,建立考虑河岸变形的三维水沙数值模型,对黄河大柳树河段的河势演变进行数值模拟分析研究。模型中利用三角形网格和局部网格移动及局部加密技术,采用有限体积法离散控制方程,以及基于非结构化同位网格中的SIMPLE算法进行数值求解。依据2011年11月至2012年10月黄河大柳树河段典型断面实测资料对数值模拟结果进行验证,模拟结果与实测结果吻合较好。结果表明该模型能够较好地模拟黄河大柳树河段的水流运动和河床演变,模型中提出的河岸修正技术和局部网格加密技术可有效提高模拟计算精度和效率。

沙质海岸破波带内底部离岸流及沙坝迁移数值模拟研究

建立了破波带内三维水动力泥沙数学模型体系,模型中同时考虑了波浪、波生底部离岸流、非粘性泥沙运动及地貌演变等动力机制。通过波浪水槽实验实测水、沙及地形数据验证,所建模式可有效模拟破波带内底部离岸流、泥沙运动过程及离岸沙坝的随时间迁移规律。模拟成果表明波浪破碎后引起的波生流系在破波带内形成一个时均垂向环流结构,其中底部时均流向指向外海,表层则指向近岸,靠近破波点处,底部离岸流的流速逐渐降低。在时均垂向环流体系的输送下,破波带内被波浪掀起的床面泥沙在底部离岸流作用下持续向外海输送,并在破波点附近堆积形成沙坝。沙坝的形成改变了局部波流场结构,在波浪的持续作用下逐渐向外海运移直至剖面达到基本平衡。

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.

大潮差河口闸下水流的流动特性分析

福建数座河口水闸发生剧烈淘刷,闸上游和下游的最大冲刷深度达到闸室高度的0.5~1.2倍,且屡修屡毁。有的水闸经多次除险加固后,不得不再花巨资重建。通过数学模型和物理模型揭示了河口水闸下游水位因受东海大潮差海潮影响发生剧烈波动时的变化规律,发现了水闸泄流过程中的间歇性淹没及非常工况甚至出现逆流的独特流动现象,给出了典型日孔流及堰流泄流能力动态变化过程线,分析了消能工变化对闸址水流结构的显著影响,并对水闸水毁修复前后闸下冲刷进行了预测。结果表明:水闸修复前闸下涨急最高水位4.53 m,修复后下降0.67 m,水闸修复后逆流现象减弱。修复后首次水跃位置往上游移动了35 m,平均水跃高度下降47.46%,闸后及二级池末端最大流速2.27 m/s和0.08 m/s,较修复前分别下降了40.58%和96.48%。常遇泄流条件下,水闸的淹没度和泄流能力呈现不断变化的动态过程。当西溪水闸62#先启孔全开,上游保持正常高水位3.2 m,下游为最低潮位-0.72 m时,修复后最大冲刷深度减少64.48%,消能防冲效果十分明显。研究成果对河口水闸安全运行具有一定的参考价值。

海河隧道工程防洪影响分析

海河隧道线路全长2 303.4 m,其中主河道沉管段长240 m,沉管断面宽度37.4 m,高9.8 m,共设置两节,每节120 m。河道沉管段采用水中沉管法施工。管段安装会对河道的防洪安全产生较大的影响,故须对河段的水沙条件有严格的要求。本文采用三维分层水流泥沙数学模型,通过错层处理,较好地解决了同层网格产生急剧变化,在突变点处隔层网格物理量的影响远大于层间网格的影响问题。对隧道管段悬浮状态、沉放过程中的过流能力、水流流态和河段水流泥沙运移规律进行了深入分析,提出管段对河段水沙的影响程度及解决措施。本研究拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用范围,为保证工程施工安全提供了理论基础。

瓯江口海域悬浮泥沙输运特性研究

基于无结构网格海洋模型,建立了瓯江口三维潮流和泥沙数学模型。模型水平方向采用三角形网格,使得能够更好地拟合瓯江口外众多岛屿和复杂曲折的不规则岸线边界,垂向采用σ坐标。模型计算结果与实测结果吻合良好,较好地模拟了瓯江口潮流场和悬沙场的时空分布。运用通量机制分解的方法,通过三维水体长期输运速度和悬沙输运速度来分析瓯江口的悬沙输运特性,表明瓯江口内主要受控于潮汐作用,泥沙向陆输运。