考虑环流横向输沙及河岸变形的平面二维扩展数学模型

本文考虑弯道环流输沙效应,在泥沙运动基本方程中增加了反映环流横向输沙附加项,对平面二维水沙数学模型的悬移质、推移质输沙方程和河床变形过程进行了扩展。借助土力学中关于边坡稳定性理论中的圆弧滑动法,并引入多杈树搜索方法,建立了适用于平面二维数学模型的河岸崩塌变形计算方法。经扩展后的平面二维水沙数学模型能模拟环流横向输沙及由其引起的河床冲淤和河岸变形,并应用该模型模拟了弯道发生、发展过程,计算结果与已有的认识是一致的。

弯道环流悬移质横向输沙公式研究

为解决现有的弯道悬移质横向输沙公式形式复杂、不便使用的问题,对Odgaard线性环流流速公式进行了简化,同时,以简化的环流流速公式和Laursen悬移质含沙量公式为基础,推导了弯道悬移质横向输沙率公式。公式验证结果表明:①简化后的线性环流流速公式形式简单,与实测资料符合较好;②推导得到的弯道悬移质横向输沙率公式变量较少且形式简单,在无高精度计算弯道悬沙横向输移的要求下,可用于实际工程的近似计算;③弯道环流引起的下部输沙量始终大于上部的输沙量。

移动坐标下考虑弯道横向输沙及河岸变形的平面二维数学模型

基于移动坐标的计算原理,建立移动坐标下的平面二维水沙数学模型。通过在泥沙运动方程中增加横向输沙项,对该模型进行扩展,使其能较好地模拟弯道环流的横向输沙效应。借助土力学中边坡稳定性理论,对河岸崩塌变形进行数值模拟。将扩展后的模型应用于一概化弯道上,计算结果与现有的认识一致。

波浪作用下人工沙滩剖面横向输沙试验研究

随着在滩涂之上建设人工沙滩的举措逐渐增多,人工沙滩剖面横向输沙研究有非常重要的现实意义。在与海岸动力相互适应的原岸滩上建造人工沙滩是较为复杂的问题,并且实际工程中的人工沙滩还受到工程措施的影响,剖面形态较难预测。在原海滩上建造人工沙滩较复杂,它适应了海岸的力量;实际工程中的新滩受工程测量的影响,因此其剖面形状难以预测。针对这个问题,采用物理模型试验的方法,针对受挡沙坝及护岸限制的人工沙滩剖面在不同水位及波浪条件下的形态变化进行试验研究,并应用工程中常用的平衡剖面模型对相对稳定的剖面进行计算比较,得出了形成稳定的剖面形态所需要的条件。试验结果验证了初始岸滩坡度1∶15的适用性,得出了当波浪受结构物影响较小时可以形成均衡沙滩剖面的结论。

弯道推移质横向输沙规律与床面平衡机理

弯道推移质运动直接影响弯道输沙特性、床面形态和河湾演变。弯道推移质输移有4个典型规律,即同岸输移远大于异岸输移、推移质成带性、形成横向底坡和床沙横向分选。归纳了5家推移质横向输沙强度公式,并选择Parker公式分析了推移质横向输沙强度与横向底坡的关系。结果表明,随着横向底坡变大,从凹岸向凸岸的输沙强度将变小,当横向底坡变大到某个临界值时,输沙强度为零;当横向底坡继续变大,推移质输移的方向发生改变,推移质将从凸岸指向凹岸的输移,输沙强度随底坡的变大而变大。弯道床面的凹岸陡坡和凸岸缓坡横向平衡机理各不相同,凹岸陡坡受泥沙水下休止角、横向环流、床沙粒径、床沙分选的制约,而凸岸缓坡主要受上游来沙、横向环流、床沙粒径、床沙分选的影响。弯道床面横向平衡机理关键在于推移质颗粒静力平衡或力矩平衡,横向床沙分选机制使得底坡必须经历反复的动态调整过程,床沙分选总是朝着减小横向底坡方向进行。

弯道横向流动与输沙的探讨

本文由紊流雷诺方程出发,采用普朗特紊流切应力构架和通过因次分析确定的掺长形式,探讨了弯道恒定二元环流的流速分布。导出的环流流速分布公式结构比较简明、合理,与实测资料有较好的拟合性.同时利用环流流速分布公式,进一步探讨了弯道水流中泥沙的横向输移问题,建立了便于数值模拟的计算模式。

弯道环流流速与泥沙横向输移研究

根据弯道水流特性,分析了断面环流的运动方程,采用普朗特紊流切应力构架建立了横向水流切应力的形式。通过对掺长形式的分析,给出了断面环流横向水流切应力沿垂线表达式,进一步建立了弯道恒定二元环流的横向流速分布公式。经对比分析与资料验证表明,导出的环流流速分布公式结构简单、合理,与资料有较好的拟合性。同时,利用导出的环流流速分布公式,还研究了弯道水流中泥沙的横向输移问题,建立了便于数值模拟的计算模式。

黄河游荡型河段河势变化数学模型

在已有成果的基础上,通过解决水流横向输沙模拟、滩岸在水力冲刷与重力坍塌作用下的变形计算及其数值计算的适应性等关键性难题,首次开发出了可模拟黄河游荡型河道河势变化的数学模型。初步验证结果表明,该模型能够反映游荡型河流河床的演变特征,可用于黄河下游游荡型河道河势变化的模拟计算。

烟台套子湾水动力泥沙问题研究

为了套子湾工程开发需要,开展了套子湾水动力泥沙问题研究。首先根据套子湾及附近实测水文泥沙资料及波浪资料,对套子湾的潮汐、潮流、波浪、水体含沙量、底质等特征进行分析,给出设计水位及湾口不同重现期波要素;其次,通过不同年代的岸线及水深图对套子湾岸线变化及海床冲淤演变进行分析;最后对套子湾泥沙运动进行计算分析。研究结果表明:套子湾为典型的弧形海岸,泥沙来源少,正常天气条件下含沙量很低;潮流动力弱,潮流作用不能使床面泥沙起动输移,波浪作用下床面泥沙以横向输沙为主,沿岸(纵向)输沙率小;泥沙运动总体较弱;海床多年来总体保持稳定。

弯曲河道水流泥沙运动研究进展

弯曲河道的水沙运动一直是河流研究者十分关注的课题之一,关系到河道演变与治理。重点概述了单一弯道与连续弯道水沙运动国内外研究进展,梳理了弯曲河道的水面比降、纵横向流速分布、悬移质泥沙及推移质泥沙的运动特性。分析结果表明:以往研究大多是基于相对平衡的水沙条件与尺度相对较小的自然河流情况下取得的成果,针对水沙过程发生较大变化尤其是来沙大幅度减少的大尺度河流的弯曲河道水沙运动规律研究较少,限制了对减沙条件下大尺度弯曲河道演变规律的深入认识。因此,需要在前人研究基础上开展变化环境下弯曲河道水沙运动特性的研究,为进一步深入研究弯道演变规律与治理提供基础。

丁坝挑角对坝田淤积的影响

本文通过试验研究，探讨了丁坝挑用对坝田淤积、壅水程度、冲刷范围等的影响，获得了具有一定价值的试验数据及分析成果。

波浪作用下沙质海滩剖面演变的数值模拟

本文从流体力学和泥沙运动力学角度出发,考虑波浪非线性的作用对沙质海滩上泥沙横向输运的影响,建立了一个由横向泥沙输运导致的沙质海滩演变的数据模型,用这个模型可以模拟沙质海滩质变的三种类型:侵蚀剖面,堆积型剖面,过渡型剖面。将计算结果同实验资料相比较、得到较为一致的吻合。

预报海岸演变的数值模拟方法

岸滩冲淤演变是海岸工程建设中的一个重要课题,本文对预报岸滩变形的几种数值模拟方法作一简要回顾.並较详细介绍了两种预报三维岸滩演变的数值计算模式.

长江中游石首河段崩岸数值模拟研究

以石首河段为例,针对弯曲河段复杂的地形和河势,基于移动坐标的计算原理,建立移动坐标下的平面二维水沙数学模型。通过在泥沙运动方程中增加横向输沙项,对该模型进行扩展,使其能较好地模拟弯道环流的横向输沙效应;借助土力学中边坡稳定性理论,对河岸崩塌变形进行数值模拟。对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程的复演结果,表明该模型不仅能够模拟该河段水流运动规律,而且还能模拟河道的崩岸。

基于人工补沙的海滩养护试验研究

近年来,新兴的海滩养护"软"防护方法凭借其更自然化的防侵蚀方式、环境友好程度高以及经济性合理等优势,在海岸防治和修复的工程实践中得到广泛应用。本文通过二维水槽动床试验,结合剖面识别的图像观测方法,对沙坝补沙以及滩肩补沙两种养护方案下的补沙初始剖面向平衡剖面转化的演变过程进行分析。试验发现,沙坝补沙可使外海波浪提前破碎,明显减轻了岸滩侵蚀,且在一定波浪条件下产生了向岸输沙,造成岸线前进;而滩肩补沙则为水下沙坝增长提供了足量侵蚀沙源,增强了岸滩抵御更大波浪的能力。

采用“水力填砂”法堵塞水库岩溶漏水洞

"水力填沙"是借用水的能量将沙输入到岩层漏水通洞内沉积,进而将洞填满,阻断漏水.早在1956年,先后在龙塘石坝、高山水塘、老莫洞、冷水洞涵管漏水及渠道等十几处溶洞堵漏应用均取得显著效果,1980年进一步推广应用到良塘水库获得成功. 良塘水库坝高36米,库容460万立米,原设计灌溉面积7000亩,因水库蓄水后坝下游反滤体处漏水量达1.0m^3/s,只能灌溉3000亩.初期曾在坝内用粘土铺盖。

考虑弯道环流影响的平面二维水沙数学模型(Ⅰ)——模型的建立

弯道环流是影响河道断面流速、含沙量分布及河床冲淤的重要影响因素。一般的二维水流数学模型没有考虑弯道环流对断面流速及横向输沙的影响,本文在深度平均的平面二维k-ε紊流数学模型中加入反映弯道引起的二次流及横向输沙附加项,对平面二维水流运动方程和悬移质不平衡输沙方程进行扩展,使之能更准确地模拟出弯道处流速及含沙量的断面分布情况。

考虑弯道环流影响的平面二维水沙数学模型(Ⅱ)——模型的验证

运用Chang的S型弯道断面流速分布和中性物质浓度分布,及实际河道的河床冲淤对修正后平面二维水流运动方程和悬移质不平衡输沙方程进行验证,并与修正前的模型进行比较。模拟结果发现修正后模型计算结果较修正前模型计算结果与实测值符合更好。表明二次流项及横向输沙项的加入能更有效地模拟出弯道处的环流水力特性及横向输沙特性。

长江中游监利河段崩岸数值模拟

以监利河段为例,针对弯曲河段复杂的地形和河势,基于移动坐标的计算原理,建立移动坐标下的平面二维水沙数学模型.通过在泥沙运动方程中增加横向输沙项,对该模型进行扩展,使其能较好地模拟弯道环流的横向输沙效应.借助土力学中边坡稳定性理论,对河岸崩塌变形进行数值模拟.通过对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程的复演结果分析,表明该模型不仅能够模拟该河段水流运动规律,而且能模拟河道的崩岸.