导流墩对急弯河道下游口门区水流条件的改善作用

针对口门区通航水流条件影响船舶航行安全的问题,根据急弯河道下游口门区特征建立概化数值模型,从导流墩数量、布置角度和相对间距3个因素对船闸下游口门区通航水流条件的影响展开研究。依托位于急弯河道的航电枢纽建立二维数学模型,对导流墩布置规律进行验证。研究结果表明,合理布置导流墩可以较大程度改善口门区水流条件,适当增加导流墩数量且当导流墩间距与长度等长时通航水流改善效果较强。导流墩布置方向与航线平行时,水流条件较优。

三峡水库运用后连续急弯河道冲淤特性分析

为探究三峡水库运用后下游连续急弯河道的冲淤调整规律,根据七弓岭、观音洲河段实测地形资料和水文资料,研究了水沙变异条件下河势变化和冲淤特性。研究发现:(1)三峡水库受上游水库调蓄作用,上游来沙量大量减少,上游来水基本处于清水状态;径流量重分配,枯水期流量增加,汛期洪峰削减。(2)三峡水库运行后,七弓岭、观音洲上下2个急弯河段首先冲刷,然后转变为"上冲下淤"的相反的冲淤性质,后又恢复为同时冲刷的状态;年内表现为枯水期冲刷,汛期淤积,上下弯道总是表现出相反的冲淤形态,即枯水期"上淤下冲",汛期"上冲下淤"。(3)三峡水库运行后,七弓岭急弯河道趋向窄深,观音洲急弯河道则以展宽为主,弯道段与过渡段冲淤表现相反。研究结果以期完善弯曲河道的演变理论,并对下荆江河床演变预测、河道整治及河道保护工作提供技术支撑。

溃坝水流作用下急弯河道泥沙输移数值模拟

将有限元特征分裂算法(CBS)应用于二维浅水控制方程的求解中,建立了模拟溃坝水流泥沙输移的数学模型。CBS算法在计算对流主导的问题时具有很好的稳定性与较高的精度,适用于处理溃坝水流流速大,水位、床面变化剧烈等问题。应用该模型对90°急弯河道全溃所致的水流运动进行了数值计算,并与试验资料进行了比较,证实了该方法的可靠性。最后用该模型模拟了180°弯道中溃坝水流在缓坡、陡坡时的洪水演进与泥沙输移。结果表明:模型能够较好地模拟溃坝水流运动,模拟结果符合水流泥沙运动规律。

山区峡谷陡坡急弯河道电站取水能力及水力性态研究

山区峡谷陡坡急弯河段,水力条件较差,不利于径流式电站取水。但部分工程受制于整体布局,不具备在河道凹岸远离河湾处布置取水口的条件,必须在如此恶劣的环境下取水;在此条件下,径流式电站取水口取水安全及取水能力,需经专题研究确定,确保电站效益正常发挥。以海里电站为例,通过数值模拟和模型试验,开展海里水电站取水口取水能力及水力性态研究。结果表明,海里电站取水口取水能力满足设计要求,水力性态较为理想,取水比较安全。结论可为工程设计和施工提供依据。

基于GPU加速的MPS方法模拟三维急弯河道溃坝流动

溃坝流动是一种灾害性的复杂流动现象,该文将GPU加速技术与MPS方法相结合,采用该课题组自主开发的MPSGPU-SJTU求解器对三维急弯细长河道中的溃坝流动问题进行了数值模拟。监测河道中轴线处自由液面水位高度与速度场分布情况表明,数值模拟结果与实验结果吻合较好。此外,该文对比了CPU与GPU的计算时间,验证了采用GPU并行技术可以大幅提高MPS方法计算效率。还改变了初始流场的水位高度,计算三种不同工况下溃坝流动过程,同时在河道壁面布置压力监测点预报河道壁面所受的砰击压力,评估溃坝流动的危害。

洪潮双向水流作用下的急弯河段治理效果分析

受洪潮水流交互作用的水域,水沙条件复杂,其弯道治理较一般河流难度更大,实施效果具有更多不确定性。为了解受洪、潮水双向水流作用下的急弯河段治理效果,以钱塘江河口闻家堰段弯道治理为例,在已实施完成的凹岸抛石护岸结合凸岸退堤切滩等综合治理措施的基础上,利用治理前后多年实测水文地形观测资料,综合分析了弯道治理工程实施前后的洪潮水水流条件、深槽分布、冲刷高程、回淤速度等因素变化。结果表明,闻家堰段弯道治理后,其弯道效应大为减弱,水流条件得到改善,深槽分布向江中外移且最低冲刷高程抬高,治理取得了较好的成效,可为类似急弯治理工程提供借鉴。同时,还采用河相关系法和断面平均值统计法对工程实施后的平衡断面进行了预测分析,初步确定了河段清淤条件,可对后续工程的运行维护提供指导。