泥沙数学模型近底边界条件Ⅱ:非平衡输沙

由基于湍流猝发的可自由冲刷床面泥沙上扬通量函数，直接构造床面可自由冲刷时近底含沙量Ｎｅｕｍａｎ边界条件．考虑刚性床面上泥沙不一定能得到充分补给之事实，给出相应的近底边界条件提法．应用扩散理论研究悬移质泥沙的非平衡输移．对典型的纯冲刷和纯淤积过程的数值模拟结果与控制条件下的水槽实验资料吻合良好．本文给出的近底边界条件具有健全的物理基础。

黄河非平衡输沙典型事例及其研究概述

非平衡输沙是河流泥沙运动的一个基本问题,特别象黄河这种多沙河流,非平衡输沙问题尤为突出。诸如"洪峰增值"、"驼峰"等现象,更是非平衡输沙的典型事例,一直引发世人的极大关注。本文简要总结了上述几个典型问题的前人研究成果及近几年开展的工作,认为含有极细沙的洪水在河槽中的演进,使得前期被粗化的河道阻力系数明显减小,后续洪水流速增大,与前方洪水发生叠加,形成了"洪峰增值"现象;"驼峰"河段的形成则主要是水沙条件不协调、黄河下游纵剖面影响及纵向长距离非平衡输沙造成的。

溢流冲刷堤坝侵蚀过程的数值模拟

本文基于多孔介质三维渗流模型和密度函数方法,结合非平衡泥沙输移模型,建立了一个模拟堤防溃决的数值模型。在模拟过程中考虑了堤防入渗问题。首先,将数值模型应用于固体路堤上方的流动,以验证流动模型的有效性。然后,对堤防侵蚀过程进行了模拟。与以往的试验结果对比表明,该数值模型能够合理再现溢流和溃堤过程。本研究所建立的三维水流数值模型丰富了此类问题的分析手段。

多沙河流平面二维泥沙数学模型研究

针对冲积河流河床演变速度快、边界调整幅度大的特点，采用积分方法数值求解水流泥沙基本方程，建立了适合于多沙河流泥沙及河床演变规律的二维数学模型，在数值方法方面考虑了物质守恒性及对多变边界的适应性，采用了比较简单的动边界处理模式。通过工程实例的计算验证，证实了模型所采用的基本方法是合理的，模型有较强的河床边界适应能力，可用以解决有关多沙河流河床演变预测及浑水洪水预报的有关问题。

来沙系数物理意义的探讨

从不同角度对来沙系数的物理意义进行了探讨,认为来沙系数包含以下几层物理意义:①单位流量的含沙量大小;②实测含沙量与临界含沙量的比值;③水沙搭配参数或冲淤判数;④单位水流功率含沙量的大小;⑤非平衡输沙公式中的关键参数。

黄河下游分洪工程调度运用的数值模拟

黄河下游多沙的特点给分滞洪工程的调度运用带来了很大困难。分洪闸门前后的流态复，杂，泥沙中淤变化幅度较大，具有典型的二维流动特征。闸前流态受大河流势的影响，又与分洪闸的操作方式及闸前围堰，周转地势有关，涉及因素多，增加了问题的复杂性。

尾矿库漫顶溃坝模型研究

本文利用尾矿库模型设计方法建立了尾矿库物理模型,并利用三维地形观测装置、表面流场测量装置和自动水位测量仪等仪器,对尾矿坝溃口及坝体崩塌变化过程、下泄洪水演化过程等进行了观测。试验结果表明,尾矿坝因为块体坍塌的不确定性而使崩塌量呈锯齿状,流量过程也具有一定的波动性;溃坝洪水输移尾矿是包括一般挟沙和高含沙运动以及高强度推移质运动的复杂输沙过程。在根据模型试验获得的尾矿库漫顶溃坝物理图形基础上,采用边岸侵蚀和崩塌模式模拟溃口展宽过程,引入非平衡输沙理论及河流动力学输沙公式计算溃口通道的冲淤变形,建立了尾矿库漫顶溃坝洪水预测数学模型。利用本文试验资料的检验结果表明,本文建立的数学模型计算结果同测量资料颇为符合,可以预测尾矿库漫顶溃坝洪水流量及溃口变化过程。

堰塞坝漫顶溃决计算方法研究

准确快速进行溃坝洪水预报能够为防灾减灾提供重要的技术支撑。堰塞坝漫顶溃坝模型试验显示,在强烈的非恒定流作用下,坝体材料以高强度推移质输沙同时伴有悬移质挟沙的运动形式向下游输移,水流对坝体的冲刷输移量不断增大并逐渐趋于平衡。溃口因受侧向侵蚀而逐渐拓宽,边岸随着侵蚀后退而逐渐变陡并发生坍塌,直接影响洪水的下泄过程。在上述试验基础上,采用非平衡输沙变化方程及河流动力学输沙公式计算溃口通道的冲淤变形,引入边岸侵蚀和崩塌模式模拟溃口展宽过程,并依据横向变形方程计算侧向侵蚀的宽度,建立了堰塞坝漫顶溃决洪水预测计算方法。利用唐家山堰塞坝溃坝实测资料检验的结果表明,本文建立的预测计算方法同实际测量资料较为符合。