运用正交数值网格计算平面二维河道推移质冲淤

本文对平面二维非均匀推移质冲淤计算进行了研究。针对推移质输沙带具有靠近弯道凸岸、一般不进入回流区的特点,采用文献[1]的数值网格生成方法和流场计算方法,生成在凸岸密集、在立轴回流区稀疏的正交数值网格和计算流场,既可节省计算时间和内存,又能提高推移质冲淤计算精度。运用文献[2]的“可动层”概念,提出床面“可动层”泥沙级配计算方法,考虑了床沙级配随冲积层深度的变化。文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为例,计算了非均匀推移质冲淤河床变形,其结果与实测资料基本一致。     

都江堰枢纽推移质冲淤数学模拟

本文从岷江都江堰河段河床变形主要由卵石推移质引起这一特点出发,建立了一维卵石推移质河床冲淤变形的数学模型.模型中反映了顺直河段和弯道河段各自不同的冲淤变形横向分配规律、卵石推移带宽度、卵石推移质部份可动特点等对输沙的影响.初步探讨了水面曲线数值计算的收敛性和河床变形方程差分格式的稳定性.应用本文的数学模型计算了都江堰枢纽改建后的冲淤变形,数学模拟与物理模型实验结果吻合较好.     

明渠弯道三维冲淤数值模拟

文章建立了基于非结构化网格的三维非静压有限体积地形冲淤模型,模型能够准确地模拟弯道二次流及其对河床切应力的影响,同时也考虑了横向底坡对输沙方向的影响,推移质输沙采用Engelund-Hansen全沙公式,将模型应用于140°明渠弯道冲淤试验,分别选取弯道纵向和横向地形冲淤测量值与计算值进行对比,结果显示模型能够模拟弯道主要的冲淤特征,具有较高的模拟精度,能进一步用于实际弯曲河道的地形冲淤计算。     

黄河源弯曲河流的河段尺度横向冲淤特征研究

弯道横向迁移是弯曲河流周期性演变的主要特征,也是横向冲淤的累积性结果。为认识弯曲河流年际时间尺度下的河岸迁移规律,2018—2020年在黄河源麦曲和兰木错曲河段开展了连续3年的无人机航测。通过影像后处理技术生成高精度地形,对河段尺度的河岸迁移和弯道冲淤特征进行探讨。结果表明:边滩的淤积外延驱动边滩-凹岸宽度的变化,所以弯道河宽变化值超过0.1B（B为河宽）的河段总是位于弯顶段。两个弯曲河段凹冲凸淤特征明显,凹岸侵蚀峰值与凸岸淤积峰值在弯道出口段呈对称分布。麦曲河段的凸岸边滩冲淤共存,但整体淤长,凹岸岸线的冲退宽度反映了河岸侵蚀状况。     

水库下游冲刷的数值模拟──模型的检验

文献（１）建立了水库了游冲刷的一维数学模型，模型考虑了非均匀悬移质不饱和输移，非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。本文利用系统的水槽试验资料及汉江丹江口水库水游，长江葛洲坝下游冲刷资料对文献（１）提出的模型进行了全面检验，检验结果表明，计算的冲淤量及沿横断面分布，出口断面含沙量过程，推移质输沙率，各河段床沙粗化过程及水位过程均与实测资料吻合较好。     

弯道三维水沙数值模拟中推移质输移方向的选取

在曲线坐标同位网格下,采用不平衡输沙方程建立了弯道三维水沙数学模型,并考虑了弯道处横坡与纵坡存在对泥沙起动的影响.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算法来进行模型求解.通过弯道试验的计算表明,模型能够有效地模拟出弯道处二次流及河床的冲淤变化情况,实测值与计算值吻合较好.在此基础上,进一步分析了弯道处推移质输移方向选取对冲淤模拟结果的影响,选取推移质输移方向与近底0.08倍水深处流速方向一致时,模拟效果较好.     

饮马河流域河道积砂量的估算

本文根据弯道环流水砂分流原理，重点论证了河道凹岸坍塌后，泥砂横向交换淤积在凸岸，并用几何法估算出凸岸积砂量；对直线河段内悬移质、推移质泥砂的冲淤量，运用输砂率法和断面法进行估算，做了一船性阐述。通过对河道泥砂淤积量的估算，可以有计划地开采河砂资源并提高管理费收缴率。此外，对整治疏浚河道，也有积极的意义。     

基于CCHE模型的石门子渠首弯道水沙数值模拟

采用CCHE 2D软件中的k-ε闭合紊流模型,对大西沟石门子渠首人工弯道段进行二维水沙数值模拟研究,得到弯道水位横比降、典型断面泥沙冲淤形态、泥沙的横向输移现象以及泥沙冲淤后的河床变形,并将断面泥沙冲淤形态与物理模型试验数据进行对比,二者吻合较好,并且符合弯道凹岸冲刷,凸岸淤积的机理。通过对比分析可知,CCHE2D软件在用于模拟弯道水沙运动时,可充分展现弯道环流作用下的泥沙冲淤效果,但对于横断面环流作用下的流速矢量分布及水沙变化过程还需借助三维软件。     

饮马河流域河道积沙量的估算方法

根据弯道环流水沙分流原理，论证了河道凹岸坍塌后，泥沙横向交换淤积在凸岸，并用几何法估算出凸岸积沙量。同时运用输沙率法和断面法对河段内悬移质、推移质泥沙的冲淤量进行了估算。这些估算方法的提出，为有计划地开采河沙资源，合理收费，提供了可靠的依据。该估算方法自１９８０年８月先后在饮马河流域九台辖区２０余处沙场试用，都取得可喜成效，与以往估算方法相比，精度明显提高。     

AutoCAD 下非结构网格自动生成

在AutoCAD环境下，从背景网格生成和数据结构两方面对推进阵面法进行修正。采用修理后的方法，使得在流场、泥沙输移和床面冲淤数值计算的前处理过程中无须精心预设内部控制点而只需给边界一个尺度，就能自动生成适应任意复杂边界的非结构网格，从而提高网格生成、优化的效率和通用性。     

180°弯曲水槽内床面冲淤演化过程数值模拟

为准确掌握180°弯曲水槽内床面冲淤特征及其演化过程,采用基于非结构化三角形网格的三维流动和地形冲淤数值模型对180°弯曲水槽内床面的冲淤演化过程进行复演。运用标准k-ε紊流模型和显式2步投影方法求解RANS方程,推移质输沙率选取VanRijn输沙公式计算,对于二次流强度较强、横向坡度对输沙方向影响较大的强弯曲水槽,采用方便实用的Engelund方法计算横向底坡所引起的输沙方向的偏移,同时对河床变形所引起的河床临界起动切应力变化进行修正及对流动和地形冲淤相同时间步模拟非恒定的河床冲淤演化过程。与试验测量结果对比显示数值模型对强弯曲水槽冲淤特征有较好的模拟效果;Engelund方法对计算输沙方向偏移角度具有明显的改进;模型同样也具备复演内床面非恒定冲淤演化过程的能力。     

考虑推悬运动特性的全沙数学模型

本文分析了推移质和悬移质的运动形式，运动区域、运动规范、能量来源、挟沙能力及其计算公式，造床作用大小、断面冲淤分布、冲淤同步性、孔隙率、泥沙级配的计算方法以及实测资料所提供的初始边界条件等的不同，提出一个考虑推移质和悬移质不同运动特笥的一维全沙数学模型，其建模地基本思路是：在水流部分计算之后，将程序分两个循环，采用各自的计算方法，分别计算推移质和悬移质在同一水流条件下的上游来沙量、水流挟沙能力、断面实际输沙量、断面冲淤面积、新泥沙级配、冲淤厚度的横向分布、泥沙孔隙率，然后半它们的冲淤厚度按其非孔隙部分为权进行迭加，作为冲冲淤厚度。本文还提出了悬移质冲淤厚度横向分布公式，冲冲淤厚度迭加公式，本模型的计算结果与重庆两江汇合口河工模型试验成果，进行了比较，符合程度较好。     

潮汐河口推移质输沙数学模型

本文建立了河口推移质输沙数学模型,模型以二维圣维南方程和河床变形方程为基础,采用ADI法差分格式和动边界技术求解平面流场,引进推移质输沙模式,进行非恒定流条件下的河床冲淤计算,以鸭绿江河口丹东港及其附近航道为例,进行了80个潮周期的冲淤过程计算,结果与实际测量值接近.     

在三峡工程变动回水区中一维全沙数学模型的研究

本文提出的一维全沙数学模型,既包含有非均匀悬移质不平衡输沙的计算,也包含有非均匀推移质(包括卵石)不平衡推移之计算。本模式的显著特点是,考虑了河床的补给作用,从而使描述泥沙冲淤过程的微分方程更趋完善,还基本解决了泥沙在横断面上的分配问题,使一维计算得到准二维计算的结果。在三峡工程变动回水区泥沙冲淤计算中,本模式的计算结果既与天然资料相一致,又与实物模型的试验结果相吻合。大量的数值计算表明,本模式具有通用性。     

插有缓变曲线弯道水流运动的三维数值模拟

若能够有效地利用数值模拟来揭示弯道水流运动和床面冲淤流变规律,将可以节省大量的人力、财力和时间。为此,通过引入可以舒缓水流冲击力和离心力作用的缓圆缓和对称凸型这2种新的弯道型式,减轻水流对河床及堤身、堤脚的冲蚀破坏。数值模拟结果表明缓圆缓弯道和对称凸型弯道的水面超高及横比降较圆弯道大幅减少;除弯道进口外,插有缓变曲线的2种弯道的凹岸近底流速均小于圆弯道,凸岸的弯道进口附近及过弯顶断面后,这2种弯道的近底流速较圆弯道明显减小;插有缓变曲线的2种弯道的深槽明显比圆弯道的要浅。     

复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响

滑坡涌浪对涌浪生成和传播区域可能造成巨大影响。河道型水库滑坡涌浪受河道边界的作用会产生波浪叠加。为研究河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律,借助长江三峡库区万州某河段与原型一致的物理模型,基于FLOW-3D计算流体力学软件建立三维滑坡涌浪数值模型,给出了数值求解、网格划分和边界条件设置方法,并经物理模型试验对建立的三维数学模型进行一致性较好的验证。按照滑坡体入水点位于河道直线段、弯道凸岸顶点、弯道凹岸顶点3种工况,模拟分析复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律,绘制波谱强度与频率关系图,得出不同岸坡坡度、弯道凹岸平面曲率、凹岸圆弧角度、凸岸圆弧角度对涌浪周期的影响规律。     

弯道水流三维数值模拟研究

通过引入可减小凹凸岸冲刷及弯顶顶冲作用的对称基本型、非对称A型及非对称B型三种具有缓变曲线的弯道型式,在清水冲刷工况下,利用MIKE 3软件流场模型(Flow Model FM)中的泥沙输移模块(ST),通过模拟单曲线弯道和三种新型弯道型式下的弯道河床冲淤变形,甄选能够减轻水流对河床、堤身及堤脚冲蚀破坏的最优弯道型式。经过数值模拟得出:插有缓变曲线的三种弯道冲深均明显浅于单曲线弯道;且插有缓变曲线弯道可滞后顶冲点位置、缩短凹岸冲刷长度,其中对称基本型弯道的效果最为明显;从冲淤趋势及水面形态上看,各种弯道对于改善水面形态、减小冲刷程度的效果依次为:对称基本型弯道非对称A型弯道非对称B型弯道单曲线弯道。     

天然连续弯道中水流运动的三维数值模拟

为了研究天然河道中水流运动规律和河床演变及泥沙冲淤,建立了适体坐标下修正的紊流水流数学模 型. 采用有限体积法离散控制方程,并运用SIMPLEC 算法计算了黄河沙坡头河段连续弯道的三维水流流场,通 过实测资料对计算结果进行了对比分析. 结果表明,模型计算值与实测值吻合较好,反映了天然连续弯道水流 的基本特性,即水面的水质点向凹岸运动, 而近底的水质点向凸岸运动. 说明该模型可以用于模拟天然连续弯 道的水流运动.     

基于有限体积法及FDS格式的感潮河段二维泥沙冲淤模型

本文以木兰溪下游裁弯河段为例，建立了有限体积法的水平二维非恒定流均匀沙不平衡输移计算模型。采用黎曼近似解通量差分裂(FDS)格式计算通过各单元边的水流、含沙量法向数值通量，并应用相关的悬移质、推移质河床变形计算公式计算冲淤变化。数值模型经相应的河工模型试验资料率定、检验后，预测了裁弯工程建成后河道可能的冲淤变化，为工程设计和施工提供依据。     

冰期河流弯道冰水动力学行为研究

以黄河什四份子弯道为研究对象,基于2019-2020年度的凌情监测影像及现场试验数据,分析了河流弯道冰水动力学行为特征。结果表明:上宽下窄的河道形态是造成弯道卡冰的主要原因,流凌-封河阶段,弯顶节点工程对水流的顶托作用促进了上游回流区的形成;受弯道离心力作用,河冰聚集于河道凹岸一侧,并在回流区堆积形成冰桥,从而缩小了断面过冰面积,河道逐渐封冻;弯顶下游流速大且来冰量少,形成清沟,主流向河中发展;冰塞堆积于弯顶上游凹岸主河槽内,水流被挤压至凸岸非冰塞区,弯道主流易位;在稳封期,河道冰水动力特征基本不再变化,在解冻开河期,凸岸非冰塞区流速较大,主流区冰盖优先解冻且沿主流输移,回流区冰盖最后消融,河道主流逐渐恢复至畅流阶段,整体呈复归式。