二维数值计算对某河道治理段水面线计算的复核研究

针对一维逐段试算能量方程在推求河道水面线时在适用条件和计算方法上存在的局限,以及计算结果上存在的误差问题,现以某河道为例,采用二维水动力数值模型,对两种洪水频率工况下河道段水面线高程进行模拟计算,将得到的计算结果与一维能量方程计算结果进行比较分析,并对能量方程逐段试算法计算结果进行复核和评价,为河道防洪工程方案设计和优化提供科学依据。     

基于MIKE21的跨河桥梁壅水数值模拟分析

为明晰黄河上游河道桥梁壅水特性并探究数值模拟法在防洪演算中的可靠性,以宁夏回族自治区境内黄河青铜峡至石嘴山段（以下简称“青石段”）内连续7座桥梁为研究对象,运用MIKE21水动力模块构建二维水动力模型,对不同洪水频率下桥梁壅水特性进行数值模拟与对比分析。结果表明：在对二维水动力模型率定与验证的过程中,模拟值与实测值相对误差均小于5%,边界约束条件与河道糙率均经率定分析后取值;随着洪峰流量的减小,河道流速降低,桥墩壅水值在0.10~0.28 m水位范围内波动,对比模型模拟结果与经验公式计算结果,Henderson公式计算值与二维模型模拟值更为接近且变化趋势较一致,而陆浩公式计算结果相对偏大。本研究可为跨河建筑物壅水特性影响分析与河道防洪演算提供经验参考和理论依据。     

基于HEC-RAS的桥涵壅水深度与理论计算分析研究

河道水面线的推算是河道整治工作的基础,其推算结果直接影响到河道断面的规划与设计,进而影响到河道整治的工程量和工程造价.本文以海南省海口市西崩潭排洪沟为例,采用HEC-RAS数值模拟模型计算桥涵上游的壅水高度,同时,基于试算法,采用传统水面线理论计算公式计算桥涵上游的壅水高度,并对两种计算结果进行对比与分析.结果表明:HEC-RAS模型计算水面线既省时又精确,还可以获得流速、水头等其他结果,因此,在桥涵防洪影响评价设计中,建议采用数值模型计算河道水面线,以便能够快速准确地得到计算结果,为防洪影响评价工作提供分析计算的依据.     

用高程与河道断面特性平均积分曲线图解河道水面线

从恒定、渐变流河段能量方程式中推导出以高程与河道断面特性平均积分曲线图解河道水面线的方法,并通过某河段水面线计算实例说明了此方法的计算图解步骤。对于同一河道,由于高程与河道断面特性平均积分曲线不变。故曲线可重复利用。因此,对进行多种设计标准的水面线计算可很方便地直接从曲线图上得出水面线结果。     

句河干流三河市境内河段水面线计算

水面线计算是防洪除涝河道规划中的一项重要内容，水面线计算的精度直接关系到工程的投资与安全。因此，不同河道的水面线计算要视不同情况采用不同的计算方法，力求使计算出的水面线符合实际。通过句河干流在防洪除涝工程规划中的河道水面线计算，提出了应注意的几个问题。     

用能量方程计算河道水面线方法讨论

应用能量方程计算河道水面线是常规的经典方法。但由于天然河道蜿蜒曲折,纵横断面沿程变化很大,这一切都使得河道水面线计算结果因操作人员的经验不同而有差异,精度也高低不等。文章根据其工作经验,对河道水面线计算在具体操作时应注意的问题进行了讨论。     

“数模”、“物模”与常规水面线推算方法比较

<正>河道水面线计算是水力学研究的重要课题之一。现在水利行业采用的计算方法有常规水面线计算、二维水沙数学模型计算(简称"数模")和水力学物理模型计算(简称"物模")3种河道水面线推算方法。以下以滦河迁安段河道水面线推算过程为例,将3种推算方法成果进行比较。     

句河干流三河市境内河段水面线计算

水面线计算是防洪除涝河道规划中的一项重要内容，水面线计算的精度直接关系到工程的投资与安全。因此，不同河道的水面线计算要视不同情况采用不同的计算方法，力求使计算出的水面线符合实际。通过句河干流在防洪除涝工程规划中的间道水面线计算，提出了应注意的几个问题。     

浅析天然河道水面线计算中的几个问题

天然河道设计水面线是江河堤防工程设计的重要依据，直接关系到堤防工程的规模和安全。要求得精确可信的水面线，必须解决好在计算过程中遇到的如糙率的选取、河道的分段、迭代计算等各种问题。本文以渭河干流中游段等河道水面线计算的实际工作经验，谈一点对这些问题理解和处理方法。实践证明这些方法是安全、可行的。     

基于MIKE软件的天然河道局部水头损失特性研究

天然河道渐扩段容易形成一种常见的分流形态,分流时易产生漩涡,会产生较大的水头损失,河道局部水头损失的计算对水利工程的设计有重要的指导意义。为此,基于MIKE软件数学模拟手段,模拟河道渐扩段的沿程水面线,研究了渐扩段的局部水头损失,结果表明:采用水动力学模型对渐扩段河道水流特性进行二维数值模拟得到的渐扩段沿程水面线与计算值吻合较好;MIKE软件可以有效地减少计算时间,极大地提高分析效率,研究结果可为河道渐扩段设计计算提供参考。     

天然河道水面线计算敛散性分析

天然河道水面线计算虽然理论上可以从计算流段上游或下游断面开始递推，但实际计算中从上游往下游递推时，经常遇到计算不收敛、无法推求的情况。本文从理论和计算方法两方面分析了产生这一现象的原因，分析了影响迭代的因素，如断面间距、河底比降对迭代计算产生的影响；同时本文也推导出形式简单的迭代算式，应用此算式计算黄河府谷段水面线．结果的论证了理论分析的合理性。     

黄河上游连续弯曲多滩险河道整治方案数值分析

天然河道一般不能满足航运的实际要求,需进行航道整治。目前我国内河航道整治技术较为成熟,但对存在连续弯曲多滩险河道的研究较少。黄河上游白银市常生码头下游滩河道属连续弯曲河道,存在多处滩险,水流条件复杂,严重影响船舶的通航安全。以数值模拟为研究手段,构建二维数学模型,分析河道碍航因素,论证整治方案的合理性。确定采用填槽、切咀、疏浚和修筑潜坝等整治方法。整治效果明显,水力因素均达到通航指标,水流条件明显改善,为今后黄河上游及类似碍航特性的航道整治工程提供参考。     

多沙河流治导线流路方程研究

为确定多沙河流河道整治治导线的形态特征,本文试图建立治导线流路方程,以便定量描述自然状态下主流线变化规律。通过整理黄河模型试验资料,发现诸断面最大单宽流量连线所给出的水流动力轴线与河道合理整治后的流路均呈曲率半径逐渐变化的圆滑曲线形式,因此可以正弦派生曲线作为描述自然冲积河流治导线流路变化的方程框架。通过理论探讨、天然河流与室内模型资料分析,建立了治导线流路特征参数同河流水力因子之间的定量关系式。其中弯曲系数及弯道幅度计算式采用61组取自黄河、长江、淮河干支流以及模型试验典型河段的资料进行拟合;流路起始角计算式考虑了实际作用流量与整治流量差异的影响,引入造床流量下流速与河床启冲流速来反映河床的相对稳定性;弯道跨度计算式考虑了弯道环流强度的作用,从而所建立的治导线流路方程不仅适用于砂质河床、卵石河床及砂卵石河床的稳定流路变化,还能描述实际作用流量变化时河道主流线"小水上提、大水下挫"的变化规律。此外,利用黄河上下游游荡型典型河段及寻峪河卵石河段资料对本文方法进行了验证与应用。     

黄河下游塑槽输沙需水量计算方法

本文从能量平衡原理出发分析了挟沙水流的能量耗散机理及水流塑槽和输沙能量的分配模式,河道水流能量的消耗主要用于塑槽和输沙两个方面,即一部分水流能量用来克服河床边界阻力,维持一定的河道主槽;另一部分则用于输送水流中挟带的泥沙,维持河道的输沙平衡。根据水流能量的这一分配模式,并结合水沙条件对平滩流量的累积影响作用,建立了塑槽输沙需水量的计算方法。将该方法用于黄河下游各主要测站的塑槽输沙需水量计算,取得了较好的效果。以三黑小的来水来沙为输入条件,得到了黄河下游河道塑槽输沙需水量的计算公式,并给出了维持黄河下游平滩流量为4000m3/s的塑槽输沙需水量区间。     

黄河下游傍河水源地开采对水循环影响的研究

通过建立地下水流模拟模型，对傍河开采给黄河下游地下水循环、侧渗量及径流量带来的影响进行了分析。结果表明：①在黄河下游悬河段建立11个傍河取水的地下水源地，有利于水资源的多年调节和合理开发利用；②傍河取水改变了地下水的循环途径，有利于水资源的合理转化，有利于“三水”转化和改善水质；③傍河水源地大规模开采不会对黄河径流量产生明显影响。     

黄河河口水沙运动的二维数学模型

本文针对黄河河口河道水沙潮波的特点，从水流连续方程、运动方程，泥沙运动方程出发，补充了潮流挟沙能力的计算公式，建立了黄河河道河口二维数学模型。以1982年实测资料，从潮位过程、流速大小和方向及海底冲淤变形等方面对数学模型进行了验证计算。在此基础上开展了典型水沙条件下黄河河口泥沙运动规律的模拟研究。其结果揭示了黄河河口清水沟所处海域的潮流潮汐特性和泥沙输移规律。这些成果与实测资料以及卫星遥感分析结果一致，进一步表明了模型的可靠性。     

维持黄河生命低限流量研究

在给出黄河生命低限流量和河流生命定义的前提下，以水流连续方程和动力方程为理论基础，得到黄河干流主要节点生命低限流量数值。通过估算入黄一级支流最低入黄流量及黄河干流自然损耗量，如河道水面蒸发、水库水面蒸发、水库渗漏量、河道侧渗量等，逐步得到了黄河干流主要断面生命低限流量数值。该数值是维持黄河健康生命的关键指标之一。     

2010—2019年黄河干流兰州和白银段水质时空变化特征

基于综合污染指数法,结合单因子污染指数法及累积距平法等多种统计分析方法,定量分析了黄河流域兰州和白银段7个监测断面水质时空变化特征。结果表明:兰州段和白银段2010—2019年水质综合状况良好,各监测断面综合污染指数均在0.25以下;监测断面水质空间差异显著(P<0.05),兰州段整体水质优于白银段,扶和桥断面水质显著优于除新城桥外的其他断面(P<0.05);季节方面,兰州段综合污染指数在春、冬季高于夏、秋季(P<0.05),白银段水质季节性波动不明显;兰州段水质明显改善始于2014年,且经历了综合污染指数平稳下降(2014—2017年)和快速下降(2018—2019年)两个阶段;白银段水质发生转变时间滞后于兰州段(2016年),2017—2019年水质明显好转。     

基于和谐论的黄河兰州段河道采砂影响评价

针对黄河兰州段河道采砂带来的安全问题,从河势稳定、防洪安全、水环境安全三方面建立河道采砂影响综合评价指标体系,采用改进的G2法和CRITIC法对评价指标进行主客观组合赋权,基于和谐论建立评价模型对2013—2018年黄河兰州段河道采砂影响进行了综合评价。结果表明,黄河兰州段河道采砂对河道安全及水环境安全带来不利的影响,在一定时期内需要对黄河兰州段河砂开采进行控制和预防,以避免对河道安全及水环境安全造成进一步的破坏。     

引黄济津河道水质数值模拟与预测

依据连续性方程、动量方程、自由表面方程、状态方程和水质输运方程,采用有限差分法,建立河道垂向二维水动力水质模型。根据2000-2001年第6次引黄数据资料对水质模型进行调试,建立引黄济津调水工程水质模型。利用已建立的模型,对2002-2003年第7次引黄河道水质进行了预测,并将预测结果与实测数据进行比较,预测结果与实测结果基本一致,表明该模型能较好地预测引黄济津河道水质状况。同时,根据污染物浓度峰值的变化情况,分析了污染物的输移扩散及降解转化规律。