平面二维溃坝水沙输移动床数学模型研究

为数值模拟溃坝洪水作用下泥沙输移及河床变形,建立了无结构三角形网格的平面二维水沙耦合数学模型。水动力学模型采用浑水流动方程,考虑了泥沙输移及床面冲淤变化对水流动量的影响;泥沙输移采用不平衡泥沙输移模式。模型数值计算格式采用守恒性较好的有限体积法,单元界面的对流通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算,扩散通量采用中心格式,不平衡泥沙输移方程采用坡度限制的二阶空间精度格式离散。模型经经典算例和小尺度瞬间全溃的动床实验资料检验,水面、床面及流速等计算结果与实验资料或解析解等比较吻合,分析了动床与定床水面及洪水传播速度的差异。在上述检验的基础上,采用动床模型对某河道型水库溃坝诱发的水沙运动进行了数值模拟,结果表明溃坝洪水下水流、泥沙及河床变形发生强烈的相互作用,采用水沙及河床变形耦合的数学模型是必要的。     

平面二维溃坝水沙输移动床数学模型研究

为数值模拟溃坝洪水作用下泥沙输移及河床变形，建立了无结构三角形网格的平面二维水沙耦合数学模型。水动力学模型采用浑水流动方程，考虑了泥沙输移及床面冲淤变化对动量的影响；泥沙输移采用不平衡泥沙对流扩散方程描述。模型数值计算格式采用有限体积法，单元界面的对流通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算，扩散通量采用中心格式，不平衡泥沙输移方程采用坡度限制的二阶空间精度格式离散。模型经经典算例和小尺度瞬间全溃的动床实验资料检验，水面、床面及流速等计算结果与实验资料或解析解等比较吻合。在上述检验的基础上，分别采用动床及定床模型对浙江省某河道型水库溃坝诱发的水沙运动进行了数值模拟，结果表明动床下的溃坝洪水的传播速度快于定床，动床与定床的水位、流速差异很大，这说明溃坝洪水下水流、泥沙及河床变形发生强烈的相互作用，采用水沙及河床变形耦合的数学模型是必要的。     

考虑河岸冲刷的弯曲河道水流及河床变形的数值模拟

本文将正交曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型和粘性河岸的冲刷模型结合，用于模拟弯道内的水流运动、悬移质泥沙的输移、河床的纵向及横向变形.用水槽试验资料验证了本文提出的水流模型，结果表明流速分布、水位等计算结果与实测值相当符合.应用建立的水沙数学模型以及河岸冲刷模型，模拟了一概化弯道在持续清水冲刷下的主流线位置、断面形态、主槽比降的变化过程，模拟结果符合弯道演变规律.     

荆江-洞庭湖河网泥沙数学模型研究

荆江-洞庭湖河网泥沙模型是准确描述江湖水沙输移规律的核心技术与基础.本文在河网水流三级解法基础上,借用河网水流分级解法的思想,结合汉点处沙量守恒方程与分沙模式,研究建立了荆江-洞庭湖河网非恒定泥沙模型;采用实测资料对模型进行了率定与验证,结果表明,模型能很好的反映荆江洞庭湖水沙输移规律,可用于三峡建库后坝下游水沙输移趋势预测研究.     

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。     

复式渠槽水沙输移特性研究综述

水流运动特性受边界的影响较大,由于复式渠槽特有的几何特征和边界条件,当发生漫滩流时,水流结构比较复杂,水流特性和泥沙输移规律均不同于单一渠槽。分别对顺直和弯曲复式渠槽漫滩情况下的流速分布、剪切力分布、水流阻力及泥沙输移特性进行归纳和分析。从复式断面形态、滩槽交互区动量交换、推移质泥沙运动特性以及自然因素条件对水沙输移特性的影响4个方面,对复式渠槽水沙输移特性的研究趋势进行了展望。     

长江流域梯级枢纽泥沙调控关键技术

通过将水沙动力学与水库调度优化理论相结合,围绕长江流域梯级枢纽泥沙调控关键技术开展研究。在改进恢复饱和系数、非均匀沙挟沙力等关键计算模式的基础上,完善并集成长江上游梯级水库群水沙数学模型、长江中下游复杂江湖河网水沙数学模型和典型河段平面二维水沙数学模型,构建了江河湖库水沙输移模拟模块。基于泥沙对防洪、发电、航运和长期使用4个主要目标的影响,构建了长江泥沙优化调控目标函数,进而集成水沙输移模拟模块构建了长江泥沙优化调度模型,并提出了基于预构泥沙信息库、结合BP神经网络的模型求解方法和非劣解集的改进灰靶评价方法。在此基础上,以三峡水库为例,提出了汛期“蓄清排浑”动态运用方案以及长期分阶段泥沙调控策略。     

三峡库区非恒定一维水沙数值模拟

该文考虑水沙输移过程中的非恒定性,建立了三峡库区非恒定一维水沙数学模型。模型中采用张红武提出的不平衡输沙理论以及选用符合三峡库区河道水沙特点的悬移质挟沙力公式和推移质输沙率公式,对现有三峡水库泥沙模型进行了改进.采用三级算法求解水流方程组,并选用了分沙比等于分流比的汊点分沙模式,与泥沙连续方程组进行非耦合求解.利用三峡水库蓄水后实测资料对所建模型进行验证,计算结果与实测资料符合良好,表明该模型能够模拟三峡库区干支流河道非恒定的水沙演进过程和河床冲淤变形规律。     

河口抛泥数学模型及应用

采用分布点源扩散模型结合平面二维粘性泥沙数学模型建立了模拟河口区开放水域抛泥输移的新方法，并对澳门水域疏浚抛泥的迁移过程进行了数值计算，计算结果表明，受潮汐水流的影响，淤积主要在抛泥点附近较小范围内，淤积量最大点不在抛泥点。     

三维水动力泥沙输移模型及其在珠江口的应用

为研究河口的泥沙输移规律和最大浑浊带与盐水入侵、咸淡水混合等的关系，本文提出了具有二阶精度、建立在9结点有限单元上的三维水动力及泥沙输移模型，该模型考虑了由水平密度梯度引起的斜压项、引用2．5阶Mellor-Yamada紊流模型耦合计算水流的涡动黏滞性系数与物质的紊动扩散系数。本模型采用破开算子法求解控制方程：用欧拉-拉格朗日法求解水平对流项；用有限元法求解水平扩散项；有限差分法求解垂向扩散项。模型应用于模拟珠江口的泥沙运动，计算域包括整个河口的八大口门，用1998年7月的洪季大潮实测资料进行了潮位、流速及流向、盐度及含沙量等的验证，模型计算结果与实测结果吻合良好。在模型验证的基础上，文中简要讨论了珠江河口的泥沙输移、盐水入侵及最大浑浊带等物理现象。     

The role of the Pearl River flow in Deep Bay hydrodynamics and potential impacts of flow variation and land reclamation

Deep Bay (DB) is a semi-enclosed bay that opens to the middle part of the Pearl River Estuary (PRE), the largest estuarine wetland area in the world. Like many rivers around the world, the Pearl River has in recent years experienced more frequent and more severe flow variations. It was hypothesized that Pearl River flow variation would affect the environment of DB, where locates large area of Ramsar wetlands of international importance. The anthropogenic factor of land reclamation was also hypothesized to alter the Pearl River flow and thus affect DB and the PRE environment. Simulations were performed to model water and salt transport processes under different scenarios of Pearl River flow variation and land reclamation. It was found that the Pearl River had a strong governing role on the hydrodynamics of DB, especially in the wet season. The simulation results indicated that in the wet season, the waters at the mouth of DB and DB as a whole were respectively composed of 50–80% and 31–37% of water discharged from the Pearl River. Moreover, it was shown that a 20% increase in Pearl River flow in the wet season would result in 0.2% and 3.3% more Pearl River water flushing into the bay before and after reclamation, respectively. Therefore, reclamation is predicted to stress the coastal ecosystem in DB, as it will enhance the intrusion of pollutants from the Pearl River into the bay head. However, it would benefit the removal and dilution of pollutants directly discharged into the bay from the Shenzhen River. Our results confirm that the hydrodynamic interconnection of bay and estuary in an estuarine system is complex, and should be carefully examined when assessing the environmental impacts of climate change and anthropogenic engineering projects.     

珠江磨刀门河口拦门沙对排洪影响的初步研究

建立了磨刀门河口二维水动力模型,在对现场实测资料验证良好的基础上,选取开挖中心拦门沙、东汊与西汊疏浚及导堤封堵东汊3个方案,比较了它们对排洪的影响,以探讨河口拦门沙的排洪效应问题。数值模拟表明,拦门沙开挖对磨刀门河口局部水动力特征的影响较小,拦门沙的开挖不能大幅增加洪水排泄的效率;修建导堤封堵东汊会加大挂定角至大井角的水面比降,造成更严重的壅水;东、西汊的浚深对排洪的影响也较小。拦门沙的存在看似对于泄洪有一定的阻碍作用,实际上河口及其拦门沙可以通过地貌形态的自动调整来与洪水径流作用相适应。     

珠江河口潮流流量变化控制指标初探

随着珠江河口地区滩涂岸线资源开发和涉水工程建设,河口边界形态及动力环境产生了巨大的变化;动力环境变化必然引起河口河床形态的调整,对潮汐河口稳定产生深远的影响。以珠江河口潮汐通道稳定性分析为基础,探讨潮汐河口的河相关系,初步提出了河口潮流变化控制指标。研究建立了珠江河口口门断面面积与多年平均落潮流量之间的关系,并建立了近期口门均衡断面的河相关系;在此基础上,预测了河口潮流变化引起的口门河床冲淤变化。根据河床冲淤变化与口门行洪能力调整的关系,提出了河口口门落潮流量变化控制指标为1%~2%,研究成果为河口涉水工程管理提供了定量指标参考。     

珠江三角洲河网与河口夏季水沙通量的模拟

本文利用一、三维水动力与泥沙耦合模型,计算珠江三角洲河网与河口夏季水沙通量,构建其收支模式,并分析水沙迁移路径与泥沙沉积特征。研究表明,西江为最主要的水沙输入源,磨刀门为最主要的水沙输出口门,蕉门次之。夏季泥沙以淤积为主,上游汇入的泥沙,有39.4％沉积于河网区,其余60.6％经八大口门输入珠江口后,有59.5％发生沉积,另外1.1％输入外海。河网区的水沙输送由径流控制,而河口区则由径流、潮汐、季风等因素控制。河网区各区域的沉积特点因动力条件的差异而呈现不同的规律,大量泥沙在西江干流、虎门水道淤积。珠江口中以内伶仃洋与磨刀门海域的沉积量最大,泥沙在西滩周边和磨刀门海域快速沉积,其中磨刀门海域淤积最为强烈。     

西江马口水文站水沙演变规律分析

马口水文站是西江进入珠江三角洲网河区的一个重要控制站,位于珠江三角洲河口区西江干流水道,上游来水来沙情况对马口站水沙特性影响显著。采用马口站与上游控制站多年实测资料,通过上下游对照分析、单站分析等方法,初步探讨了西江泥沙的主要来源、年内变化、粒径变化等时空演变的规律及影响要素等,揭示了西江流域各河流控制站的水沙演变特性。     

珠江口磨刀门水道咸潮入侵规律研究

根据2003年到2008年枯水期含氯度实测资料，以农历月份为统计周期，研究珠江口磨刀门水道咸水入侵规律。研究结果表明，磨刀门水道含氯度变化周期为15d，主要由大、中、小潮组成的15d潮汛周期所控制，而每个周期内含氯度变化幅度则受上游径流大小影响；并提出咸潮入侵系数K的概念，K可反映周期内平均径流和平均含氯度响应关系，当K小于0.2时，表示咸潮入侵程度小，不影响取水口取水，当K大于0.5时，咸潮入侵严重；K为0.2和0.5对应上游径流的临界流量分别为2450和1930m3/s；其后采用Delft3D模型区域分解技术将网格加密的磨刀门小区域嵌入到网格相对较大珠江口大区域模型中耦合计算，验证了咸潮入侵系数K的合理性。     

大风浪作用下河口区深水航道骤淤预测模式研究

该文在分析风浪与河口滩槽泥沙运动、河口滩槽演变和航道骤淤等研究现状的基础上,通过建立波流共同作用下的三维悬沙数学模型,以珠江口高栏港区深水航道为例,探讨大风天泥沙运动和航道骤淤规律。研究结果表明:计算值与实测值基本吻合,并预报了50年一遇情况下航道的骤淤情况。从大风浪影响滩槽变化的角度,提出了一种预报海岸河口淤积以及骤淤的一种有效途径。     

荆江典型河弯河势变化三维数值模拟研究

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，构建立了荆江典型河弯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。对石首河弯进行了模拟研究，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弯1996年10月至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。     

珠江口磨刀门水道咸潮入侵规律研究

根据2003—2008年的枯水期含氯度实测资料,以农历月份为统计周期,研究了珠江口磨刀门水道咸水入侵规律。研究结果表明,磨刀门水道含氯度变化周期为15d,主要由大、中、小潮组成的15d潮汛周期所控制,而每个周期内含氯度变化幅度则受上游径流大小影响;提出咸潮入侵系数K的概念,它可反映周期内平均径流和平均含氯度响应关系,当K小于0.2时,表示咸潮入侵程度小,不影响取水口取水,当K大于0.5时,咸潮入侵严重,K为0.2和0.5对应上游径流的临界流量分别为2450和1930m3/s;最后采用Delft3D模型区域分解技术将网格加密的磨刀门小区域嵌入到网格相对较大珠江口大区域模型中耦合计算,验证了咸潮入侵系数K的合理性。     

河口最大浑浊带研究进展

河口最大浑浊带是河口悬沙输移过程中的特有现象，是河口学研究的热点；河口最大浑浊带的研究丰富了河口学基本理论，推动了河口航道开发与维护、水环境保护、渔业资源的发展。在广泛研究国内外专家研究成果的基础上，认为河口最大浑浊带形成机制应包括河口絮凝作用、河口非潮汐环流作用、河口潮汐作用、河口近底过程、河口锋的作用。介绍国内外河口最大浑浊带数学模型的研究现状。机制分解法、箱式模型及一、二维数值模型的建立成功