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。

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。

无结构网格上平面二维水沙模拟的有限体积法

基于无结构网格有限体积法的算法框架 ,通过引入跨单元界面法向水沙数值通量的逆风分解 ,将悬沙与床沙交换以及分组挟沙力计算模式自然地嵌入二维水沙运动方程组的数值格式中 ,形成高精度、守恒性好的二维水沙有限体积算法。最后 ,利用该算法对谭江樟州河段的水沙输运和河床变形进行了数值模拟。结果表明 ,该算法能够较好地模拟复杂条件下河道水沙输运的往复特征和河床变形的动态过程 。

宁夏沙坡头河段二维水沙运动数值模拟研究

以沙坡头河段水沙运动为研究对象,利用平面二维水沙运动数学模型,采用非结构网格对模拟区域进行网格划分,以有限体积法为工具对水库的水沙运动进行了数值模拟。流速、河底高程模拟值与实测值的比较表明,所建立的平面二维水沙模型能够较为精确模拟沙坡头库区二维水沙运动,所采用的非结构网格有限体积法是适用的。研究结果为进一步研究水库的泥沙淤积规律奠定了基础,对水库的高效运行具有一定的参考价值。

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。

塔什米里克弯道式引水枢纽平面二维水沙数值模拟

针对新疆盖孜河塔什米里克弯道式引水枢纽工程上下游泥沙淤积及冲沙过程中大量推移质泥沙磨蚀建筑物的问题,运用CCHE2D软件构建了塔什米里克引水枢纽工程平面二维水沙运动模型,据此研究了泥沙输移情况及其颗粒分布规律,并对模型进行了验证。模拟结果表明,河床推移质自上而下输移过程粒径分布呈上粗下细的分布规律、推移质单宽输沙率与上游来流量呈正相关性;同时针对引水口的泥沙淤积问题,计算并提出"间歇冲沙"的闸门优化运行方式,有效降低了河床泥沙淤积量,为解决类似引水枢纽工程泥沙问题提供了参考。

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 。

某码头附近河道二维水沙模型及河床演变分析

兰江为典型的山区性河流,水位暴涨暴落,砂砾石床面泥沙运动以推移质运动为主,位于兰江中上游基头山附近的兰溪服务区码头建设可能会对河道冲淤演变产生影响。在分析水沙运动特征和地貌特征的基础上,建立了二维水沙数学模型。四组典型流量的验证和2005年1月～2012年1月冲淤验证结果表明,模型能够较好的模拟该河段的水流状况和该河段的冲淤演变状况。选取四组典型流量,模拟了工程对河道水动力环境的影响,结果表明,工程上游及下游流速均有所减小,工程区附近主河道流速增加,流速变化量值及范围随着流量的增大而增大。整体而言,工程的阻水面积(高桩阻水宽度2～3m)相对于整个河道断面(河宽500～600m)较小,工程对水流的影响较小,流速最大变幅为1～4cm/s(Q=10,800m^3/s),且集中于工程区局部范围。总体而言,兰溪服务区码头由于阻水面积较小,对河道水动力环境和河道冲淤演变影响甚微,不会改变该河段的演变趋势。

基于GIS的二维水沙数据的管理及可视化研究

从数据模型的角度,研究了平面二维水沙数值模拟计算的数据管理,分析了参与平面二维水沙数值模型计算的数据种类,采用面向对象数据建模的方法,定义了各种数据的属性、方法及其相互关系,提出了能适应黄河下游河流数值模型特征的水流泥沙数据模型。

二维水沙数学模型计算在管道穿越方案选择的应用

水利工程下游的河道受清水下泄影响,冲刷深度可能加大。为合理确定河流穿跨越方案,以某油气管道龙津溪穿越为例,采用64-1公式计算穿越处的河道冲刷深度;建立穿越处的二维水沙数学模型,对河流的冲淤变化进行计算验证。结果表明:在考虑上游枋洋水利枢纽工程影响后,冲刷深度增加2.8 m,冲至岩石层。在此基础上,对开挖及定向钻穿越方案进行了比选,以此为依据确定龙津溪采用定向钻方案试穿实施,为今后类似工程设计施工提供参考。

移动坐标下平面二维水沙模型的建立

由于游荡型河道河岸变形尺度远小于河宽尺度,给计算带来了不便。通过讨论在正交曲线贴体坐标下建立平面二维水沙数学模型,以实例进行模拟分析,引入移动坐标技术,使得计算区域的网格随河岸后退而移动,从而可以较好地解决河岸变形尺度与河岸尺度不匹配的问题。

移动网格下黄河下游游荡段二维水沙数值模拟

本文针对游荡型河道水沙数值模拟中岸滩崩塌引起的网格移动问题,采用任意拉格朗日-欧拉方法,在正交贴体坐标系中建立了移动网格下的黄河下游游荡段平面二维非恒定水沙数学模型,同时为使移动网格情况下水沙运动控制方程满足几何守恒律,推导了正交贴体坐标系下网格运动项的计算公式,并采用基于弧长的超限插值法,提出了一种能追踪河岸边界变化的网格移动计算方法。最后采用黄河下游花园口至高村河段2013年实测水沙资料对模型进行验证,结果表明,本模型能较好地模拟出计算河段的水沙输移、滩槽冲淤分布和岸滩冲刷后退过程,所建模型可用于黄河下游游荡型河道水沙运动和滩槽演变模拟。

通用河网二维水沙数值模拟

合理的水沙数值模式可为水流运动、河床演变的分析提供依据。基于通用河网二维水流的计算模式,将流域二维河网划分为单一河道、树状河道、环状河道和十字形河道等河网二维基本计算单元,采用二维浅水方程和悬移质输沙基本理论建立节点水位和悬沙控制方程,通过不规则稀疏矩阵的求解获得所有节点上的水位、流速及含沙量,实现全流域的二维水沙耦合计算。通过长江下游澄通河段的验证,在汊道处的计算能很好地体现流场间的相互作用,该模型能满足精度要求。

泥浆侧排浓度扩散特性二维水沙数学模拟研究

涉水工程在施工过程中产生的高浓度泥浆排放必将污染下游河道,给下游生产、生活用水带来影响。因此准确预测高浓度泥浆排放对下游河道的影响程度及范围具有重要意义,本文以含沙水流为研究对象,采用一般曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型对长江武汉河段过江隧道施工过程中泥浆排放对下游河道的影响进行模拟和计算。结果表明:模型能较为真实地反映不同水流条件下不同浓度的泥浆在水流中的扩散范围。可为泥浆排放口下游的生产、生活用水决策提供必要的参考依据。

基于二维水沙模型的水库淤积数值模拟研究

青藏高原地区某水电站工程泥沙问题较严重,拦排沙设施的设计和运行管理是保证该工程长期正常运行需要研究解决的关键问题。为此,建立了坝区河段平面二维水沙模型,对该区域水库泥沙淤积状况进行模拟计算。根据模拟结果提出了最优泥沙调度方案,对延长水库使用寿命,保证工程的长期正常运行具有重要的意义。

二维水沙输运模型的特征混合有限元数值模拟

采用特征混合有限元方法来求解二维水沙输运模型，并通过数值算例验证了方法的有效性．

基于二维水沙数学模型分析挡潮闸闸下淤积特征——以连云港沿海车轴河闸为例

以连云港沿海车轴河闸为例,建立了挡潮闸闸下引河平面二维水沙数学模型,对闸下引河的水动力过程和泥沙输运过程进行了数值模拟,分析了车轴河闸闸门开启3种放水状态下闸下淤积的特征。

基于二维水沙模型的水库泥沙冲淤特性数值研究

为了提升水库运行功能,需要做好泥沙冲淤特性研究。根据研究现状,阐明了清水试验工况,并分析了试验结果,表明工况设置是合理的。随后对布仑口水库进行淤积试验,并重点从回水变化、淤积推进展开研究。讨论了实测回水与淤积的耦合关系,发现二者存在某种线性关系。研究结果表明,本试验较好地反映了一般水库泥沙淤积特性,研究方法和结论能够对水库泥沙预测和清理工作提供有价值的参考。

长江汉口河段平面二维水沙数学模型初步研究

在长江汉口河段二维泥沙数学模型的建立与求解过程中，采用了曲线四边形9点等参单元法，任意剖分计算区域，并构造出形函数将水流连续方程、运动方程、泥沙扩散方程和河床变形方程离散，根据来水来沙过程并利用边界条件，模拟了较长时问的河床变形。

二维水沙数学模型在码头工程防洪评价中的应用

数学模型是防洪评价的一个重要技术手段。介绍了广州水道某码头工程局部水域平面二维水沙数学模型的建立和验证及实际应用效果,结果表明,模型能较好地模拟工程附近水流泥沙运动以及河床冲淤变化规律,为预测分析工程建设对河道河床冲淤演变影响以及量化分析提供了一种手段和途径。