冲积河流重金属污染物迁移转化数学模型研究

本文结合环境化学和泥沙运动力学基本原理，研究重金属污染物在河流中迁移转化数学模型．

荆江典型河湾河势变化三维数值模型

分别建立了三维水沙数学模型及考虑纵向坍塌范围的二元结构河岸崩塌力学模型,并将两者结合,建立了荆江典型河湾河势研究的三维数值模型。基于非正交网格采用局部网格可动技术处理由崩岸引起的河道摆动过程。模型采用有限体积法对方程进行离散,采用与动量插值技术相结合的SIMPLEC算法进行模型求解。对石首河湾进行了模拟研究,模拟结果表明,模型能够较好地模拟出蜿蜒河道的水沙运动规律,成功地复演了石首河湾1996年10月—1998年10月期间剧烈的河势变化(主、支汊易位及河道摆动等)过程,实测结果与模拟结果吻合较好;其中河岸坍塌是该河段河势变化剧烈的主要原因之一。

长江石首段航道整治工程行洪影响研究

分析了长江石首河段航道整治一期工程河段近期河床演变特点及演变趋势,采用平面二维水流数学模型计算分析了工程对河道水位及流场等的影响,并综合分析了工程对河势和行洪的影响。研究结果表明:拟建工程实施后不会对该河段行洪及河势产生明显的不利影响,但局部河势仍会有一定的调整。该研究成果可为航道整治工程设计提供科学依据。

河床演变的均衡稳定理论及其在黄河下游的应用

在系统分析有关河床演变均衡稳定理论的研究成果基础上,指出河流熵理论的最小可用能耗率原理及其表达式完整地表达了冲积河流河床演变的自动调整作用基本原理,应用河流最小可用能耗率原理的表达式封闭河床演变方程组,建立河床演变均衡稳定数学模型,应用该模型计算了黄河下游各河段在不同水沙条件下的河槽均衡稳定断面,并计算分析了小浪底水库下游的清水冲刷、拦粗排细和水温变化及涨冲落淤等因素对河槽均衡稳定的影响,分析了河道输水输沙优化的临界指标,提出了强化非恒定流调水调沙、调控60-100 kg/m3的不利来水含沙量和以滞洪拦粗排细运用为主等改善小浪底水库运用的措施。

淮河江苏段入湖航道整治后泥沙回淤分析

针对淮河江苏入洪泽湖段航道局部水深不足的问题,拟采用整治工程提升航道等级。在简要介绍了该河段自然条件及河床演变情况的基础上,利用平面二维水流数学模型及泥沙回淤经验公式对航道整治前后的流场变化和泥沙回淤特征进行了深入分析。研究结果表明,整治工程实施后,河道水动力场变化较小,主河段过流能力略有增强,航道泥沙回淤量不大。

汉江河口段航道整治工程效果与影响的计算分析

汉江河口段航道整治工程以疏浚、清障为主,辅以必要的护岸、护滩、填挖槽等工程措施,本文采用河道演变分析和一、二维水流数学模型计算,研究了该航道整治工程的效果及其对河道行洪的影响,并优化了工程方案。研究表明:(1)丹江口水库自1968年正式蓄水以来,汉江河口段河道总体冲刷下切,年内洪淤枯冲;影响河道演变的主要因素有:丹江口水库、长江与汉江顶托和天然节点与人工护岸等。(2)航道整治工程实施后,汉江河口段上段流速趋于减小,下段流速趋于增加;河道流速分布趋于均化。(3)航道整治工程对河道行洪的影响有限,最大洪水壅高9.4cm,优化方案的最大洪水壅高7.0cm。

黄河小浪底水库下游河床冲淤发展趋势

根据黄河水沙特性，运用适合于多沙河流的挟沙力公式，研制出应用于黄河下游河道变形数模程序。通过对黄河铁谢至利津河段长系列演算与分析，预估小浪底水库运用后，坝下游河道将发生不同程度的冲淤变化，以铁谢至高村段河床冲淤变化较大，高村以下河段冲淤变化较小。

侵蚀基准面对石亭江双盛段河床演变的影响

以四川典型山区河流石亭江双盛段为研究对象,针对该河段有多处涉河建筑物(包括人民渠穿江涵洞、成兰铁路石亭江大桥、成绵复线高速公路石亭江大桥等),在经历2009—2013年间多次洪水后引起桥梁桩基出露高达10 m、涵洞处河床下切20.29 m等影响涉河建筑物运行安全的情况,本文利用HEC-RAS的泥沙计算模块,研究在考虑床沙细化和清水冲刷的条件下,局部侵蚀基准面的改变(包括侵蚀基准面下降、涵洞固床工程和桥位处的硬化工程的存在与否)对石亭江双盛段河床演变的影响。结果表明,下游侵蚀基准面的下降、涵洞固床工程的存在和桥位处的硬化工程均会不同程度地加剧该河段的局部河床变形幅度。其中,下游侵蚀基准面的下降会引起溯源冲刷、改变局部河段纵比降;涵洞固床工程与河床交界处易形成局部冲刷坑并加剧河床下切,由此建议将涵洞下移;桥位硬化工程会加剧冲刷和淤积,并在两桥之间产生淤积。针对清水冲刷下的研究成果可对山区河道内涉河建筑物对河床演变的影响进行预测,为河流的综合开发与管理提供科学依据。本文可进一步研究该河段人工采砂等人类因素干扰下河床粗化表层的破坏对河床演变的影响,以对涉河建筑物的设计与防护提供参考;或结合震后河流水沙变化研究河道横向与纵向演变趋势,对震后河道治理提供依据。

基于一维数学模型不同流量下沿程河相关系研究

采用一维数值模型构建博罗水文站—大盛水文站一维水动力模型,并利用2013年石龙、樊屋水文站日序列数据进行参数率定,结果良好。利用该模型,研究东江下游河段优良断面在不同流量下沿程河相关系,统计分析得到东江下游优良河段沿程河相系数α及指数β,确定了流量Q的线性函数关系式,从而为航道的潜能开发提供参考。

清淤工程对感潮河网地区防洪排涝的影响及工程方案研究

我国东部沿海地区属淤泥质海岸,海域来沙丰富,大部分入海河口及上游感潮河流均存在不同程度的淤积问题,河道淤积易造成过流断面缩小、航深变浅、城市景观不和谐,给防洪、航运及生态环境造成极大影响。本文以宁波三江河道（奉化江、余姚江、甬江）为例,通过对河道水沙特性、河床演变特征及淤积机理方面的研究,以防洪排涝和城市景观为目标,拟定不同的清淤方案,运用流域水文模型计算不同工况下清淤工程的实施效果,在此基础上经综合比选确定清淤工程方案,为三江河道治理提供依据。研究成果表明,清淤工程可减少干流高水位持续时间,增加干流或沿线排涝闸的排水量,对流域行洪排涝具有一定的改善作用,但与此同时,清淤工程实施后,河道回淤不可避免,因此,清淤方案因综合考虑工程效益及回淤特性,选择对防洪排涝及城市景观有利,且清淤规模合适的方案。本文对感潮河段水沙特性、河床演变、淤积原因及治理措施等方面的研究,也可为其它类似感潮河网地区的河道整治提供参考。

基于河道平面变形数值模拟的等效造槽流量计算方法

针对河岸崩塌剧烈、河道平面变形特征显著的冲积河流,从河岸变形角度提出等效造槽流量(造床流量)的计算方法。以等效造槽流量作为计算条件,成功应用于下荆江石首河段平面变形的三维水沙数值模拟中,结果表明:采用等效造槽流量近似天然水沙过程,能较好地模拟出时段内河道的显著平面变形特征,与天然来水来沙过程模拟结果较接近;采用等效造槽流量作为计算条件时,其最大优势在于节省计算用时,提高计算效率,为长河段、长历时的河势模拟研究提供了一有效途径。