黄河下游花园口～孙口河段水沙运动仿真模型开发研究

黄河下游洪水演进受滩槽冲淤、生产堤状况与滩地调蓄作用的影响非常显著。花园口～孙口河段水沙运动仿真模型以二维不恒定流与不平衡输沙理论为基础，采用无结构不规则网格，分段建模，联接运行，能较好适应河势的变化。模型具备动态图象显示和人机对话功能，可在计算中较好模拟生产堤溃决或抢险堵口加高等现象。模型对滩槽冲淤具有一定的自调节的能力，增强了模型对黄河来水来沙变幅大的适应能力。模型以“82.8”与“96.8”两场洪水的实测资料作了验证，结果吻合良好。     

黄河下游花园口—孙口河段水沙运动仿真模型开发研究

黄河下游洪水演进受滩槽冲淤、生产堤状况与滩地调蓄作用的影响非常显著．花园口～孙口河段水沙运动仿真模型以二维不恒定流与不平衡输沙理论为基础，采用无结构不规则网格，分段建模，联接运行，能较好适应河势的变化．模型具备动态图象显示和人机对话功能，可在计算中较好模拟生产堤溃决或抢险堵口加高等现象．模型对滩槽冲淤具有一定的自调节的能力，增强了模型对黄河来水来沙变幅大的适应能力．模型以“８２８”与“９６８”两场洪水的实测资料作了验证，结果吻合良好     

黄河下游平面二维水沙运动模拟的有限元方法

本文以水流和泥沙运动规律的研究成果为基础，建立了平面二维水沙模型。用有限元方法导出了本模型的离散方程式，用质量集中和预估校正法处理，迭代求解方程组。     

河道平面二维水流数值计算

本文应用破开算子法原理,将平面二维不恒定流基本方程按不同的物理意义破成对流、扩散和传播三个子方程。对对流方程,提出了基于特征线法的迭代解法,对扩散和传播方程,在局部区域内推演出同一形式的带源泊松方程,引入有限分析法求解,同时,利用边界对称点法,对河道二维计算中较困难的不规则边界计算问题作了较好的处理。     

水库下游输水隧洞出口河段水沙分布研究

以辽宁大伙房输水隧洞出口河段为研究对象,基于实测资料,利用平面二维水流泥沙数学模型,计算了大伙房输水隧洞出口河段内水流和泥沙冲淤的分布形态,预测了出口河段30年内的水沙运动趋势,为工程实践提供了参考。     

黄河下游河道洪水冲淤临界水沙条件的研究

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况,根据非饱和输沙理论导出了河段排沙比与水沙系数关系,通过1960～1999年422场次洪水资料的统计分析,建立了黄河下游各河段的冲淤临界水沙条件,该水沙条件包括了洪水平均流量、含沙量,给出了黄河下游花园口以上、花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津4个河段在不同三黑小(三门峡、黑石关和小董3站)水沙组合情况下的冲淤关系,该临界水沙条件可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。     

基于二维水沙运动模型的锦凌水库调沙运行方案数值模拟研究

泥沙淤积是危害水库正常使用乃至运行安全的重要因素。以辽宁省新建的锦凌水库为例,通过构建的二维水沙运动模型对水库调沙运行方案展开数值模拟研究,根据研究结果提出了最优调度方案,该方案对相似水库的水沙调度研究具有重要的借鉴意义。     

水沙条件对黄河下游游荡型河道的影响

分析了水沙条件对黄河下游游荡型河道的影响,认为水流能量减少是泥沙沉积、岸坡冲刷的根本原因.同时指出:利用三门峡、小浪底等水库可以大大提高下泄水流的能量,形成更好的河相关系;对河岸地质条件较差,尤其岸坡土体抗剪能力差的地段,应修建水工建筑物,人为提高这些河岸的抗冲刷能力;对某些弯曲型河道进行截弯取直,减小水流对河岸的冲刷.     

具有河网水沙运动特点的人工神经网络模型

本文将人工神经网络模型与河网水沙连续方程联系，建立了具有河网水沙运动特点的人工神经网络模型，赋予神经网络内部参数物理概念。该模型的特点是对河道地形要求不高，能够满足水沙输移实时预报的要求。利用所建模型对长江中游荆江及洞庭湖区水沙运动规律进行模拟，结果表明该模型能够较好地反映河网水沙输移规律。     

基于GIS的黄河下游二维水沙数学模型水沙构件设计

基于无结构网格的FVM方法离散微分方程,采用Osher及LSS格式计算对流通量,通过高斯积分求扩散项中控制体形心处的梯度矢量,预测、校正二步格式求解方程组,保证了水流计算格式的解具有良好的物理基础,符合解的特征构造,具有守恒性、逆风性、单调保持性。利用实测资料对非均匀沙沉速、分组沙挟沙力、紊动黏滞性系数计算公式等进行了适应性分析,综合确定了适应于高含沙水流的计算模式和方法。     

黄河下游不同峰型洪水对泥沙输移的影响

黄河下游在洪水过程中的泥沙输移效果与峰型、含沙浓度和泥沙组成等因素有关。本研究在假定洪水经水库调控前后水体的含沙量和泥沙组成都相差不大,仅改变洪水过程线形状的基础上,从洪水调控的基本原则出发,考虑到洪水调控后输沙能力变化、水库的可操作性及下游漫滩程度等综合因素的影响,从机理上探讨了不同类型洪水的输沙效果,得出洪水调控系数λ≥0.32后,水库调控后的平头峰(恒定流量)并不比未经调控的自然洪水过程输沙效果差的结论。研究成果对小浪底水库科学调控水沙过程有参考意义。     

黄河下游河道输沙泄洪机理、能力及治理前景

经过我国几代人对黄河泥沙输移的研究和实践,认识已有重大突破。围绕黄河高含沙水流运动规律及应用前景这个中心,研究了高,低含沙水流运动规律多方面问题,为多沙河流防洪规划提出了新的指导原则。其中黄河下游可以利用高含沙洪水输沙入海,窄深河道洪水的非恒定性输沙泄洪机理是新的治黄主张的理论基础。     

泥沙输移变化与长江中游水患

通过分析历史和近期长江中游的泥沙输移变化，深入剖析了该区域洪灾形势愈演愈烈的原因。长江中游泥沙输移变化主要表现为泥沙淤积向干流螺山-汉口河段的转移，累积性的泥沙淤积引起了干流和湖区全局性水患加剧。随着中上游人类活动加剧，区域水沙灾害发展趋势恶劣。根治长江中游水沙灾害的主要途径是将沙量减少1．8亿t，远期措施是通过上游水保和水库拦沙减少来沙，近期措施主要是处理好中游泥沙的淤积部位。三峡建库后出库沙量过程和对应的下游冲刷回淤过程也说明减少1．8亿t沙量是必要的。     

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。     

黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理(黄河下游河道存在巨大的输沙潜力)

利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料,结合高含沙水流流变特性分析得出:河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同,均可用曼宁公式进行阻力计算;由于黄河泥沙组成较细,d50=0.03~0.10mm,随着含沙量的增加颗粒的沉速大幅度降低,泥沙在垂线上分布变得更加均匀,当含沙量大于200kg/m3以后发生改变;从泥沙存在对水流结构,流速在垂线上的分布特性上分析,含沙量200kg/m3左右时输送最困难,并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大,粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送,洪水期实测含沙量可达800~900kg/m3,表现出高含沙水流的高效输沙特性;黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg/m3,在流量2 000~3 000m3/s时,高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍是改造宽浅游荡河段为窄深稳定的河槽。     

黄河下游低含沙洪水的冲淤特性兼论艾山-利津河段不淤临界流量

黄河下游上、下河段河道形态迥异,同流量输沙能力上段大,下段小。观测表明一定流量的低含沙洪水,就全下游来说可以产生冲刷,但对下段(艾山以下)来说往往发生淤积。本文通过实际资料分析了下游河段的排沙比关系及不同来沙条件下泥沙冲淤强度等规律,并利用下游低含沙水流挟沙力关系,深入分析了艾山—利津河段不淤临界流量。结果表明这段河道不淤流量不仅与来水含沙量有关,还与河口段淤积延伸对艾山—利津段水面比降有顶托作用有关。     

Mathematical model for flood routing in Jingjiang River and Dongting Lake network

The main stream of the Yangtze River, Dongting Lake, and the river network in the Jingjiang reach of the Yangtze River constitute a complex water system. This paper develops a one-dimensional (1-D) mathematical model for flood routing in the river network of the Jingjiang River and Dongting Lake using the explicit finite volume method. Based on observed data during the flood periods in 1996 and 1998, the model was calibrated and validated, and the results show that the model is effective and has high accuracy. In addition, the one-dimensional mathematical model for the river network and the horizontal two-dimensional (2-D) mathematical model for the Jingjiang flood diversion area were coupled to simulate the flood process in the Jingjiang River, Dongting Lake, and the Jingjiang flood diversion area. The calculated results of the coupled model are consistent with the practical processes. Meanwhile, the results show that the flood diversion has significant effects on the decrease of the peak water level at the Shashi and Chenjiawan hydrological stations near the flood diversion gates, and the effect is more obvious in the downstream than in the upstream.     

黄河河口海岸二维非恒定水流泥沙数学模型

针对黄河河口海岸岸线变化剧烈和含沙量变幅大的特点，开发和建立了适合黄河河口海岸应用的平面二维动边界非恒定水流泥沙数学模型。验证表明，本模型可以较好地模拟黄河河口海岸泥沙输移和冲淤变化，为研究和解决多沙河口海岸的泥沙问题提供技术手段。     

黄河下游游荡型河段洪水演进与河床变形过程的数值模拟

黄河下游游荡型河段的河床变形过程相当复杂，横向变形尤为突出，现有水沙数学模型一般仅能模拟河床纵向冲淤，不能模拟滩岸横向冲刷与崩塌，本文将平面二维水沙数学模型与粘性河岸冲刷的力学模型相结合，建立河床变形的平面二维混合模型。然后以黄河下游花园口至夹河滩的游荡型河段为例，采用该混合模型，首次较为全面地模拟了1982年汛期的洪水演进与河床变形过程。沿程最高水位、出口断面流量过程等计算值与实测值符合较好。计算结果还表现为大水时主槽冲刷，滩地淤积；小水时主槽淤积，滩地崩塌。该计算结果与游荡型河段的年内冲淤变化规律一致。