长江口二维非均匀悬沙数值模拟

针对长江口水流泥沙运动的特点建立了非均匀悬沙的平面二维数值模型。在模型中考虑了波浪对流场的影响和对水流挟沙力的影响 ,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响。悬沙模型建立在曲线坐标下 ,悬沙输运方程采用破开算子的方法求解 ,平流项采用UltimateQuickest格式求解 ,提高了计算的精度。通过实测资料对数学模型计算的悬沙含量进行检验 。

三峡水库运用后荆江段非均匀悬沙恢复特性

三峡工程运用后,坝下游荆江段来沙量大幅度减小,处于严重的不平衡输沙状态,次饱和水流冲刷河床使悬沙量沿程恢复.基于实测水沙资料,分析了三峡工程运用后荆江段非均匀悬沙恢复特点.提出了恢复效率的概念用以表征悬移质沿程恢复的程度,并根据实测水沙资料计算了荆江段1994-2017年非均匀悬沙的恢复效率.结果表明:三峡工程运用前,荆江段各粒径组悬沙恢复效率绝对值均接近0,故该时期内各粒径组泥沙冲淤幅度不大;三峡工程运用后,各粒径组悬沙恢复效率绝对值均明显增大,且粗沙(d>0.125 mm)恢复效率绝对值远大于细沙(d<0.125 mm),故粗沙恢复程度更高.这主要是由于荆江段床沙组成中粗沙部分含量大,而细沙含量小.最后建立了三峡水库蓄水后非均匀悬沙恢复效率与来水来沙条件(来沙系数)的关系,结果表明:各粒径组悬移质恢复效率均与来沙系数呈正相关关系,全沙、细沙和中沙的决定系数(R 2)分别为0.89、0.67和0.69,相关性较高,故荆江段各粒径组悬移质泥沙恢复效率较大程度上受到来水来沙条件的影响.

三维紊流悬沙数学模型及应用

根据紊流随机理论,导出了各向异性紊流的Reynolds应力的数值格式将精细壁函数应用于边壁处理。将传统的悬沙运动、床沙级配控制方程推广到三维模型,给出了床面附近含沙量表达式,建立了三维紊流悬沙数学模型。用葛洲坝水利枢纽建库前后水沙资料对该模型进行了检验,结果基本一致。将该模型应用于三峡工程坝区泥沙冲淤问题的研究,预测了三峡工程建成后坝区上游河段泥沙冲淤发展过程及其分布、河床淤积物级配组成及不同时期、不同高程的流场、含沙量场等,计算结果与物理模型试验值比较接近。

小浪底河段浑水流动的三维数值模拟

基于湍流随机理论,针对黄河中游小浪底工程建成前的河段水沙流动特点,建立了河流的三维水沙流数学模型。在此模型中,采用各向异性湍流的Reynolds应力数值格式和自由面位置的Poisson方程,并将精细壁函数应用于边壁处理。建立了床面附近含沙量表达式,将传统的床沙级配控制方程推广到三维模型。在贴体坐标系下,用此数学模型计算了此河段的含沙量和流速沿河宽和垂线分布,计算结果与原型实测成果基本吻合,从而证明了此模型的可行性,以及计算方法和程序的可靠性。