三峡水库干支流河道一维非恒定水沙数学模型初步研究

 考虑水沙运动过程中的非恒定性及众多支流的影响,建立了三峡水库干支流河道一维非恒定水沙数学模型,并对水流方程组采用三级解法求解。采用三峡水库蓄水运用后2003年6月至2004年12月的水库实测水沙资料对模型进行了验证,验证结果有良好的一致性。本模型在使用1961-1970年系列年入库水沙条件及水库正常蓄水位调度方案下进行了水库冲淤100 a预测计算,计算结果较为合理,表明本模型可用于三峡水库水沙数值模拟。     

三峡水库运用初期库区水沙输移数值模拟

考虑水沙输移过程中的非恒定性,建立了三峡水库一维非恒定水沙数学模型。此模型为一树状河网模型,可以将更多支流纳入计算范围。采用三峡水库蓄水运用后2003-2009年实测水沙资料对模型进行了验证计算,计算结果与实测资料符合较好,表明模型能够用于三峡水库干支流河道水沙输移数值模拟。该模型可在今后三峡水库优化调度等相关研究工作中发挥其模拟和预测作用。     

三峡工程下游宜昌至湖口河段河道演变研究

三峡工程建成运用后,水库下泄泥沙数量大幅减少,长江中下游河道将经历长时期、长河段的冲刷过程。采用一维恒定非均匀悬移质不平衡输沙数学模型,计算了三峡工程下游河道的冲刷状况,对河道冲刷过程、河型变异及河势调整等进行了预测评估。将计算结果与三峡水库2003年蓄水运用后宜昌至湖口河段的实测资料进行对比分析。结果表明,冲刷过程中河道水沙状况发生了一定变化,但原有的基本河型仍保持不变;总体河势稳定,局部河段河势有不同程度的调整。河床冲刷过程和河道演变状况尚在预测范围以内。     

洪泛区河网非恒定水沙数学模型的研究

鉴于江河流域中下游地区交错复杂的河网体系 ,本文建立了适应性强的复杂河网区非恒定水沙数学模型。模型中采用汊点分组方法求解水流方程组 ;选用了与实际情况较为吻合的汊点分沙求解方法 ,建立了分洪口门修正模式 ,采用适合于复杂流动状态下泥沙方程组的求解方法。同时为了提高模拟精度和扩展模拟功能 ,对河网中蓄水汊点和分蓄洪区的水流运动模拟等环节提出了合理可行的数值处理方法 ,并提出了河网水沙运动模拟中进一步需要研究的问题。最后把本文所建模型应用于汉江杜家台分蓄洪区的水沙运动模拟     

西江干流(大藤峡至高要段)洪水演进数值模拟

针对西江干流河道特点,考虑洪水归槽的影响,建立了河道一维非恒定流洪水演进数学模型,采用Preissmann四点偏心隐式差分格式离散圣维南方程组,应用追赶法求解非恒定流圣维南方程组。根据实测资料对西江干流(大藤峡至高要段)洪水演进过程进行验证,结果表明:模型能较好的模拟流量变化过程,模拟值与实测值符合较好,验证了该模型是合理可行的。可用于洪水预报、枯季调水等研究。     

黄河下游河道输沙沿程调整变化模拟

黄河下游河道输沙具有"多来多排多淤"的特点,一般采用考虑上站来水含沙量的输沙率经验公式描述。通过比较输沙率经验公式与不平衡输沙理论方程之间的区别与联系,从理论上对经验公式的指数变化规律进行了研究,并构建提出了一种变幂指数的泥沙输移模型。基于所建立的泥沙输移变幂指数模型,结合黄河下游河道沿程实测水沙资料,重点对花园口—高村(游荡型)、艾山—利津(弯曲型)段输沙沿程调整变化情况进行了模拟计算。结果表明,计算值与实测值基本一致,确定系数均大于0.97。     

沙河立新站水沙关系探讨

由于沙河实测泥沙监测资料比较匮乏,作为沙河上唯一的控制站,立新水文站近两年新增了泥沙测验任务。利用施测含沙量资料尝试建立实测流量～输沙率经验公式,对沙河泥沙测验和水沙关系进行分析。本文对研究河段冲淤情况进行了一些初步分析,并论述了河道水流挟沙力的推求方法。     

一维河网非恒定水沙数学模型研究

在已有研究的基础上,建立了适合复杂区域的河网非恒定流水沙数学模型.建立过程中考虑到计算精度和计算速度的要求,水流求解采用汊点分组方法,同时本模型选用了较符合河网泥沙运动的汊点分沙模式.最后通过长江中下游长河段的水沙运动模拟表明,建立的河网水沙数学模型能够满足实际工程需要.     

长江中游分汊型河道二维水沙数值模拟

针对长江分汊型河道边界复杂的特点,建立了基于多连通域贴体正交曲线坐标系下的二维水沙数学模型.模型采用有限差分法离散平面二维水流运动方程和泥沙输运方程,通过非恒定流多个时间步逼近模拟恒定流的方法,模拟了多分汊河段的水位、流速场及泥沙场.将所建模型初步应用于长江中游典型分汊河段--窑监河段的水沙过程模拟,结果表明模型能较好地模拟分汊河道的水沙运动规律.     

黄河下游平面二维非恒定输沙数学模型:II—模型验证

采用黄河下游1982年洪水资料,选取花园口至夹河滩河段为计算区域,对所建模型进行了验证计算,结果表明本模型计算的洪峰传播过程,水位变化过程及含沙量变化过程等均与实测结果接近,流速场、主流线等也较符合实际。从而证明了所建立起的平面二维非恒定输沙数学模型与相应的数值计算方法能够模拟黄河下游河道水沙演进过程及河床冲淤变形规律。     

黄河下游灌渠水流泥沙数学模型

本文结合灌渠的结构特点及水流泥沙特性，对一维非耦合，非均匀、不平衡沙基本方程组进行了合理的简化，根据实体模型试验实测资料，确定了自流与提灌时干，支渠分流的不同分沙分水比。     

珠江三角洲网河区顶点分水分沙变化及神经网络模型预测

作者根据西、北江干流高要、石角及西北江三角洲网河区顶点马口、三水共4个水文站的流量、输沙率的月均序列进行统计，探讨近几十年来西北江三角洲网河区顶点分水分沙的季节变化和多年变化。分析结果表明，网河区顶点的分水分沙格局以1993年为转折点，自1993年后，水沙分配已发生了重大变化，三水站的分流比和分沙比突然增大，分流比约增大了一倍，保持在20％以上，分沙比在16％以上。应用非线性神经网络模型对马口、三水两水文站的分流比和分沙比进行建模，并对网河区顶点的分水分沙变化趋势作多步预测，结果表明，1998～2000年三水站的分流比均在 25％以上；1998年的分沙比较小，预测值为 12％，1999年和 2000年的预测值分别是15％、16％。     

三峡水库淤积排沙及河型转化规律

三峡水库泥沙排沙在其论证和运行阶段一直是关注的热点问题。根据上游来水来沙、实测固定断面和河床质地取样等资料,分析了三峡水库运用以来进出库水沙变化、总体淤积和排沙规律、沿程淤积规律、河型转化规律等,并将初步设计论证研究成果与其他成果进行了对比分析。研究成果表明:三峡水库运用后,入库年径流量与建库前变化不大,但年输沙量锐减60%,来沙减少的趋势仍将持续;三峡水库平均年库容损失率为0.3%,在世界范围内是非常低的,可确保水库长期使用;三峡水库的年淤积量与入库沙量基本呈线性关系,汛期蓄水位越高则其斜率越大;三峡库尾河段总体呈冲刷状态,泥沙主要淤积在常年回水区,尤其在河道开阔断面;部分分汊河道发生了河型转化,淤积后河道总体朝单一、归顺方向发展。研究成果可为三峡水库运行管理和研究提供支撑,也为同类型水库决策提供参考。     

基于紊流模型的一个悬移质挟沙力公式

基于紊流模型，建立悬移质消耗的紊动动能与水流功率之间的相关关系，提出了一个新的悬移质挟沙力公式。公式经过实验资料与野外资料的验证，并与几个同类公式的比较，结果表明本文公式能更好的反应悬移质挟沙力随水流功率的变化。     

三峡建库前后长江中游河道输沙率变化分析

三峡建库后,水库下游河道含沙水流长期处于严重次饱和状态,输沙由相对平衡状态转变为不平衡状态,输沙强度较自然条件下发生显著变化。根据三峡水库蓄水运用前后(1992—2017年)长江中游主要水文站断面、床沙与水文资料,从输沙率变化、床沙粒径变化、平滩流量等角度研究长江中游河道复式断面输沙强度问题,得出以下结论:三峡水库蓄水运用后,进入下游河道的泥沙大幅度较少,长江中游沿程水文站同流量级输沙率明显减少;床沙粒径沿程出现不同程度的粗化,其中荆江河段粗化最为明显,螺山至武汉河段略有粗化;螺山站和汉口站在自然条件下平滩流量附近输沙强度出现峰值,对应的水流挟沙能力为极大值。     

黄河下游高含沙水流基本特性与输沙能力

采用理论研究和实测资料分析方法对黄河下游高含沙水流的基本特性进行了系统分析,得出黄河下游高含沙水流多属于两相非均质流,与一般含沙水流具有相同的运动规律的结论。采用达西阻力公式形式,给出了适用于黄河下游高含沙水流的悬移运动阻力坡降及推移运动阻力坡降计算方法。黄河下游高含沙水流经常处于不平衡输沙状态,这种不平衡输沙条件下的河段排沙比大小不能反映平衡输沙条件下的河段输沙能力。因此,探讨了河段纵坡J、横断面参数M及泥沙粗细组成对输沙能力的影响,给出了以河道形态参数表达的河道输沙能力关系。分别以花园口河段和艾山河段为代表分析了黄河下游上、下河段输沙能力大小的沿程变化,发现相同流量下,上段河道输沙能力为下段河道的1.3~1.4倍。本文成果对研究黄河下游高含沙洪水处理对策及水库调水调沙运用的效果具有一定理论意义和实际价值。     

不同水文条件下通州沙河段沿程分流分沙特征

通州沙河段受径流与潮流双重作用,江中沙洲、暗滩交替分布,江心洲滩冲淤演变剧烈,航道边界条件不稳定。通过三维水沙数学模型对天然河段洪、枯季水流条件的沿程分流、分沙比及滩槽过渡断面的水沙交换特征进行分析。结果表明,通州沙东水道是主要的涨落潮通道,落潮时上游分流比约90%,往下游分流比逐渐减小至75%左右;涨潮时东水道下游分流比约70%,上游段受西水道漫滩流影响东水道分流比增至85%~90%。洪、枯季落潮期间通州沙东水道的分沙比较对应的分流比有所增加,洪季涨潮期间通州沙东水道的分沙比较对应的分流比有所减小,枯季时变化相对不明显。通州沙下段左缘水流交换和悬沙交换的格局相同,均以槽向滩为主,狼山沙右缘水沙交换通量较小。