温州浅滩二期围涂开发对瓯江河口演变的影响分析

围涂开发势必改变河口水域的潮流动力条件,系统分析围涂开发对河口冲淤演变的影响,能为工程的科学决策提供有力的技术支撑.本文介绍了温州浅滩泥沙淤积环境特性,分析了温州浅滩二期围涂开发对瓯江河口冲淤演变的影响.研究表明:温州浅滩的走向与瓯江南、北口潮流的主方向基本一致,围涂开发将局部改变河口的潮流动力,不会强制改变瓯江河口潮流的动力轴线,不会引起其潮流结构的总体调整,围涂开发符合河口自身演变规律;同时,温州浅滩二期围涂区域总体呈冲淤动态平衡状态,开发应采取必要的工程促淤措施,防止局部冲刷的不利影响.     

风暴潮过程中波浪对地形演变影响的数值研究

建立了一个波流耦合作用下泥沙输移的平面二维数值模型，以研究风暴潮过程中地形冲淤变化的规律及波浪的影响。水流和泥沙输运的模拟采用水沙耦合数值模型，以考虑强冲淤条件下地形变化与水流运动之间的相互作用。波浪场模拟采用SWAN模型，计算得到的波浪辐射应力输入水沙耦合数值模型实现波流耦合。采用建立的模型对风暴潮过程中近岸地形变化进行了分析，结果表明，波浪对地形演变的影响程度随着风暴潮潮位的增加而减小。当风暴潮潮位较小时，近潮汐通道处形成不对称的三角洲、入口处形成冲刷坑；当风暴潮潮位较高时，形成的三角洲不对称性较小。当风暴潮潮位升高，近岸水深与波长之比大于0.15时，波流耦合模型与不考虑波浪作用模型计算所得的地形变化的绝对误差为整体地形变化的5%，但前者计算时间增加了一倍，因此，波流耦合计算对于风暴潮潮位较低，近岸水深与波长之比小于0.15时具有重要意义。     

瓯江口航道治理工程水沙环境问题研究

基于现场实测资料,对瓯江口的水沙特征、冲淤演变、航道的淤积特点及原因进行了分析。建立了波浪潮流泥沙数学模型和台风骤淤数学模型对瓯江口航道二期治理工程正常航道年泥沙淤积和台风泥沙骤淤进行了计算,对其对周围水沙环境的影响进行了分析。研究结果表明：1）瓯江口航道二期治理工程对周围水沙环境的影响很小;2）瓯江口航道的泥沙淤积主要是大风骤淤,瓯江口航道治理二期工程方案可以通过控制三角沙达到航道减淤的目的,采用北导堤和三角沙西堤作为整治方案有明显的减淤效果。     

大渡河瀑布沟以下梯级电站发电及水沙联合调度方案研究

大渡河中游控制性水库瀑布沟电站的建成投运为下游电站解决长期以来的泥沙淤积问题提供了新的契机。针对大渡河干流年来水时空分布特点,利用瀑布沟水库对径流的调蓄与拦沙作用,充分发挥流域统一调度的优势,提出了解决下游水库泥沙淤积的联合调度减淤方案。利用扩展一维模型,对实施联合调度后各库减淤变化进行了模拟分析,数据显示联合调度减淤方案有助于改善下游水库长期的淤积问题。     

挖粗沙减淤在三峡水库中的数值模拟研究

＂固定河段挖粗沙＂是水库可行的减淤方式之一。以三峡水库为例,利用水流泥沙数学模型研究挖粗沙后水库的减淤效果及过程。计算结果表明,在三峡回水末端设置约10km长度挖沙段进行挖粗沙（d〉0.1mm）,使水库百年淤积总量由177亿m3降至140亿m3左右。挖沙段集中拦截了入库的大部分粗沙,通过改变河道坡降、流速和挟沙力等水力条件,使库区淤积面与回水面同时降低,减淤效果延伸至整个水库,减淤效率很高。在库区设置固定河段持续清除粗沙是一种高效可靠的水库减淤方式。     

水库下游分组沙冲淤特性分析

水库修建前后下游河道分组沙冲淤实测资料表明:建库前特定河段粗沙淤积主要是由于水力因素沿程显著减弱;建库后近坝河段,泥沙补给不足,各组泥沙均发生较剧烈的冲刷,床沙粗化迅速;距坝较远的河段,只要上游河段有足够泥沙补给,能够基本达到饱和的各组泥沙的冲淤特性与建库前保持一致,但淤积量趋于减小;水库下游发生长距离冲刷的主要原因是床沙补给不足,尤其是细沙补给严重不足.     

非黏性岸坡崩塌与河床冲淤的交互影响初步试验研究

本文在弯道水槽中展开系列试验,研究非黏性泥沙颗粒组成的岸坡坍塌模式及其与河床冲淤的交互影响过程.试验结果表明,水流冲刷过程中河岸破坏是水流淘刷河岸坡脚、岸坡崩塌及崩塌体淤积坡脚并在河床上输移的交互作用反复循环过程.河岸崩退模式、速度以及稳定后的形态与近岸流速分布及河床边界条件等关系密切.近岸流速越大,稳定后的岸坡越趋平缓,崩塌体在河床上的淤积率越小;河床的可动性加剧了岸坡的崩退速度以及崩塌体在河床上的淤积率.     

缓变曲线改善120°弯道水沙运动的三维数值模拟

人工河道的弯道段大多曲率单一,水流动力轴线的曲率与弯道曲率难以匹配,导致了流固分离和弯道二次流的产生。针对弯道曲率突变问题,引入两种插有缓变曲线的弯道形式,研究缓变曲线对120°弯道水沙特性的影响和流态的改善。运用MIKE 3水动力模型和泥沙输移模型对单曲线弯道、缓圆缓弯道和对称凸弯道进行数值模拟,对比分析不同弯道型式在冲刷和定床两种工况下的近底流速、水面横比降和超高、弯道环流和河床冲淤变形。研究结果表明：插有缓变曲线的两种弯道可以遏制弯道中水体湍动的发展,改善120°弯道水流的流态,能够有效减小弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的现象,缓解河床的冲淤变形。     

基于洞庭湖水沙模型的荆南三河冲淤变化研究

荆南三河起于荆江河段,水沙情势受上游来水来沙条件影响较大,荆南三河冲淤变化研究有助于认识洞庭湖地区防洪形势和江湖关系的演变。本文构建了洞庭湖水沙数值模型,计算了三峡工程运行后荆南三河各河段的冲淤变化,并结合实测冲淤数据探究了影响荆南三河冲淤的因素。计算结果表明,三峡工程运行后荆南三河河道发生普遍冲刷,冲刷趋势短期内不会变化,但冲刷强度逐渐下降。三峡工程运行后,荆南三河口门分流量、分流比和分沙比均无明显趋势性变化,分沙量大幅度减小,清水下泄改变了荆南三河冲淤状态。此外,采砂对荆南三河冲淤也有重要影响。     

水沙条件变化对三峡水库泥沙淤积的影响

三峡水库上游来水来沙变化必然影响水库淤积发展过程,进而影响航运状况。本文运用一维及二维泥沙数学模型计算分析了上游水沙条件变化对三峡水库泥沙淤积及航运的影响,一维计算结果表明,90年代相对于60年代来沙变少变细后,三峡水库的淤积发展过程将明显减慢,淤积部位偏下,并且平衡淤积量也相对于60年代水沙情况下减小;上游建库的综合作用将延缓三峡水库的淤积发展过程,上游建库情况下,变动回水区河段在三峡水库运用40年内不会出现泥沙淤积问题;重庆河段整体呈现冲的趋势,100年内基本不发生淤积。二维计算结果表明,相对于上游无库情况下,上游干流建库后,重庆河段长江干流泥沙淤积量及淤积厚度明显减少,甚至出现冲刷,航运条件明显改善;金沙碛河段受上游干流建库影响较小,仍会出现碍航问题,需要进一步整治。     

基于欧拉-拉格朗日方法的明渠中悬移质淤积数值模拟

为了研究水利工程中悬移质泥沙淤积时的运动轨迹,基于欧拉-拉格朗日方法建立了三维悬移质泥沙输移数学模型,模型中采用标准k-ε湍流模型计算水流紊动流场,在拉格朗日坐标下计算泥沙颗粒轨迹,颗粒受力考虑了有效重力、阻力、虚拟质量力和Saffman升力。与传统的扩散模型和双流体模型相比,该模型摆脱了依赖泥沙浓度分布资料给定泥沙进口边界条件的局限性。使用该数学模型对经典的悬移质泥沙净淤积水槽实验进行了模拟,通过对计算的泥沙浓度垂向分布沿程变化与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。模型还较好地模拟得到了实验中泥沙浓度在垂向上呈现的非单调变化。     

不同治理模式下黄河河口段冲淤演变的数值模拟

黄河河口为弱潮陆相河口,具有区间来水量少、来沙量高、河口延伸速度快的特征,进入河口的沙量对特定流路河口冲淤演变起主导作用。在前人研究基础上,认为预测河口段河长延伸值必须考虑陆上和滨海淤积量的共同影响,再基于1958年汛后—2000年汛后利津以下实测资料建立了河口段各部分累计淤积量与利津站累计来沙量的相关关系,利用准二维水沙数学模型对黄河下游及河口段进行耦合模拟,在年均来沙3亿t、6亿t和8亿t这3种设计水沙系列条件下, 计算了黄河下游小浪底—河口段现状治理模式和“两道防线”治理模式对黄河河口各部分累计冲淤量、西河口以下河长延伸值等特征量的影响。其结果表明：黄河河口段未来50年在现状治理模式和“两道防线”治理模式下均呈淤积趋势,在三种水沙条件下“两道防线”治理模式的河口段淤积量较之现状模式增淤量分别为2.10亿t、3.48亿t和4.20亿t;同时,“两道防线”治理方案中设置的防护堤对西河口以下河长有明显影响,与现状模式相比河长延伸值分别增加1.27 km、2.07 km、2.49 km。     

锦屏二级非常规洪水冲沙减淤优化调控研究

泥沙淤积严重会影响水库正常运行,但汛期畅泄冲沙又会造成一定发电损失。针对人工泄水冲沙解决水库泥沙淤积问题,设计了一种非常规洪水冲沙方式,通过物理模型试验研究了对称非常规洪水与非对称非常规洪水输沙规律。结果表明,对于对称非常规洪水,平均流量相等条件下,输沙能力随着流量变幅的增大而增大;对于非对称非常规洪水,平均流量与峰流流量不变条件下,输沙能力随基流时长与峰流时长比值的减小而增大。并基于此建立了锦屏二级三维水动力泥沙数值模拟模型,设计了合理的非常规洪水冲沙方式,验证了非常规洪水对锦屏二级库区泥沙输移效果的优化。非常规洪水冲沙方式对解决水库泥沙淤积,节约冲沙用水量,达到经济最优有一定参考意义。     

无储沙坑吹填施工中的抛沙流失问题

港口建设和围海造地等大型近岸工程中，储沙坑在疏浚吹填施工过程中起到了临时堆放和掩护吹填沙的作用。然而，现场工况及施工期等条件会限制储沙坑的设置。目前，对于无储沙坑条件下的泥沙流失过程和机理以及流失量的估算，尚未有相关的研究和经验。本文以古雷增填沙工程为例，采用施工过程现场观测和典型工况数值模拟相结合的方法研究了无储沙坑吹填施工中的储沙流失问题。根据结果显示，无储沙坑条件下抛沙施工中泥沙的流失主要发生在堆沙阶段，数值模拟和现场观测结果所得到的流失率均在14% ~ 16%之间。本文结果可为今后应用数学模型和现场观测手段在其他形式的无储沙坑吹填施工中的抛沙流失问题提供科学的借鉴意义。     

汛限水位优化调度对三峡水库泥沙淤积的影响

汛限水位优化调度在进一步充分发挥三峡水库的综合效益的同时必然影响水库淤积发展过程,进而影响航运状况。文中运用一维及二维非恒定流非均匀沙数学模型,计算分析了汛限水位优化调度对三峡水库泥沙淤积及航运的影响,结果表明,采用汛限水位优化调度方案后,三峡水库的淤积发展过程将加快,但是,在三峡水库运行的前100年内,这种淤积差别并不大。优化调度对各个河段淤积的影响程度不同,从绝对量来说,水库下段受优化调度影响最大,一度出现的淤积量差别是最大的;从相对量来说,水库变动回水区下段及常年回水区上段受优化调度的影响要明显大于下段。从变动回水区航运情况看,优化调度对铜锣峡以下河段航运的影响不大,对铜锣峡以上河段,由于受上游水库修建及来水来沙减少造成的冲刷的影响,优化调度的影响也并不明显。     

小浪底水库拦沙期黄河引水对河道泥沙输移影响机理探讨

影响河道泥沙输移效率的因素众多,如水沙协调性、泥沙组成、引水规模、河道形态等。引水对河道泥沙输移会造成增淤或减淤,其增减淤量随水沙条件、分流比、河道边界等因素而变化,本文从黄河泥沙输移规律出发,探讨了不同水沙和冲淤条件下,引水规模对黄河冲积性河道泥沙冲淤调整的影响,量化了增(减)淤判数与分流比、泥沙输移比之间的关系。成果对黄河引水方案的科学制定及引水工程的运行调度具有参考价值。     

不同量级洪水对黄河下游游荡段冲淤变化的影响

小浪底水库运用后,改变了进入黄河下游的水沙条件,引起了下游河道的再造床过程。以小浪底水库调控后的不同水沙过程为基础,研究这些不同水沙组合洪水在下游河道的演进过程及其对冲淤变化的影响,可为黄河下游“二级悬河”治理提供科学依据。文章首先介绍了模拟黄河下游游荡段实际断面形态下洪水演进的一维水沙耦合模型,并利用黄河下游1982年5—10月实测洪水资料对该模型进行了验证,计算所得流量过程、含沙量过程及沿程最高水位等均与实测值较为吻合;最后采用该模型计算了水沙总量相同条件下,不同量级洪水过程在下游游荡段的演进过程,分析了不同量级洪水对河床冲淤变化的影响。结果表明：不同水沙过程对下游游荡段冲淤变化有明显影响,洪峰流量为10000 m3/s及相应含沙量为60 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最大,洪峰流量为4000 m3/s及相应含沙量为30 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最小。从淤滩刷槽的综合效果看,洪峰流量为6000 m3/s及相应含沙量为40 kg/m3的洪水过程对于下游游荡段河床调整较为有利。     

高流速含沙浑水体流变特性试验研究

加速行进中的洪水具有高含沙、高流速和粗粒径的特点,而针对洪水的流变特性研究关注点多为高含沙量,忽略了高流速即高剪切速率的特点。以黄河下游泥沙为研究对象,系统地研究了高流速剪切条件下含沙量、剪切模式、温度和盐度对流变特性的影响。结果表明,在高流速剪切条件下（剪切速率≥ 1200 s-1,对应线性流速为3.6 m/s）,含沙量在106.64 ~ 957.83 kg/m3范围内的浑水体符合牛顿流体的应力本构关系,不存在屈服应力,表观黏度与含沙量呈指数关系。温度降低并未改变浑水体的流变特性,但会使其表观黏度增加,且温度越低黏度增幅越大,浑水体黏度增大梯度约为等温度清水的数倍至十几倍。盐度变化对该测试浑水体的表观黏度和流变特性影响甚微,可忽略不计。本研究结果可为高流速水流挟沙和远距离输沙研究提供理论参考。