堤防决口水流水力学特性的三维数值模拟

堤防决口水流的水力学特性对于制定决口封堵方案至关重要。基于FLOW 3D建立了模拟堤防决口水流的三维数值模型,首先对局部瞬间溃决水流水位场分布进行了三维数值模拟,模拟计算结果与C. Biscarini等代表性文献介绍的研究结果吻合较好,印证了数值模型的可靠性和准确性。以某流域河流堤防为例,建立了不同决口口门形状（U形、V形、T1形和T2形）的决口水流三维数值模型,计算分析了4种口门形状下决口附近的水位场及流速场分布规律。结果表明:进入决口后水流发生急速的侧向收缩和纵向跌落,决口处水深和流速在垂直水流方向断面上呈两侧小中间大的近似拱形分布,决口进口附近水流最大流速出现在决口左侧堤脚。数值模型和模拟方法可为制定堤防决口的最佳堵口方案提供技术参考。     

堤防弯道决口逐渐溃决三维数值模拟

针对堤防弯道溃决溃口全过程扩展规律及溃口水流水力学特性难以获取的问题,基于FLOW-3D软件,采用RNG k-ε湍流模型和泥沙模型,建立堤防弯道逐渐决口三维数值模型,模拟水槽内弯道的溃决过程,室内试验验证了所建立的逐渐溃决模型具有较好的精度与可靠性,并对某实际堤防弯道决口进行数值模拟计算。结果显示：位于诱导溃口的背水坡侧最先溃决,溃口呈V形向临水坡堤脚线发展,且每当溃口发展到地基后,溃口呈倒梯形横向展宽;在垂直溃决水流方向,溃口处的水深在溃口处呈两侧高、中部略低的波浪形,溃口处的流速中部快两侧慢,在平行溃决水流方向,水深沿溃决水流方向逐渐降低,水面线随时间逐渐平缓;流速变化规律为溃口下游50～100 m范围流速最大,最大流速的出现位置随着溃决时间沿水流方向推移。     

堤防决口的水力学试验研究

介绍堤防决口的水力学模型试验研究.在满足相似理论的前提下,对不同口门形状、几何尺度和水头的决口模型进行水力学试验.获得了决口口门附近的流场分布、流量、流速和水面线等重要水力学参数的变化规律,并给出了计算矩形、U形和V形口门流量的经验公式.试验分析表明,实施抛投堵口的最佳位置距堤脚线为8 m左右.试验研究成果为进行大型决口抢险提供重要的科学依据.     

不同水头与流量条件下堤防梯形决口水流特性数值模拟

本文对有矩形障碍物的溃坝算例进行模拟验证,将FLOW-3D计算的速度场结果与FLUENT、Wang的结果进行对比,三者结果基本一致,验证了Flow-3D软件用于堤防决口三维数值模拟的可行性.采用某实际河道堤防简化建模,建立了在决口口门形状、尺寸一定的条件下,上游不同水头、不同流量工况下的堤防决口三维数值模拟.分析结果表明:不同水头、不同流量作用下决口较大的流速平面分布主要分布在决口上游进口左侧发生水跌处.因此,在进行决口封堵时,应注意预先做好决口上游侧的裹头处理,防止在封堵的过程中因流速过大导致溃口口门扩宽;在选取封堵材料时,也可根据溃口处流速分布来选择相应的封堵料粒径.     

海上不同结构形式桩基对水流的影响

为了研究不同结构形式桩基对水流的影响规律,建立三维数值模型,采用直接模拟法将桩基作为不透水边界处理,利用三角形加密网格精确模拟桩基形状,计算分析不同结构形式桩基影响下水位和流速的变化。结果表明:桩基引起的水流变化主要表现为桩基上游水位壅高,下游水位跌落,在桩基两侧流速较大,上、下游流速较小;不同结构形式桩基的流速变化分布略有不同,三桩导管架基础对流速影响最大,其次为单桩基础,高桩承台基础影响最小;流速垂向变化由表至底呈增大趋势,水深越大,流速越大。     

大坝决口封堵抢险技术理论探讨

以观音岩水电站大坝决口封堵抢险为例,根据决口的断面尺寸、上游流量和泄水建筑物的泄水曲线,通过河道截流模型计算,得出决口上下游落差、决口平均流速、单宽功率等水力学参数,再进一步得出决口封堵所需特殊材料的半径、重量及数量,以便为封堵抢险提供可靠依据,从而更科学地统筹组织封堵抢险。     

防冲槽的模型试验与二维数值模拟

为了研究山区河流中防冲槽的消能情况和适用性,本文首先对未抛填卵石的防冲槽进行模型试验和数值模拟.通过模型试验,针对典型流量分析9个断面的实测资料,得到水流的流态、水位和流速分布规律,将数值模拟结果与其进行对比.由于二维模型的简化,使得数值模拟的水位在进口连接段与试验相比误差偏大,但其他断面的水深及流速分布与实测值接近.因此,数学模型可以作为后期研究冲刷问题的基本模型,为工程研究提供参考.     

二维水力学模型在红光大桥洪水影响评价中的应用

通过建立数学模型,采用有限元网格剖分的形式模拟红光大桥修建前后的坝前和桥前洪水的最大水深、最大流速和最高水位分布情况,有效的判断水流形态。确定修建该桥后桥址上游、桥位处水位出现不同程度的壅高、流速不同程度降低,桥址处水流明显增加。通过建立数值模型水流状态,为桥墩防护、桩基基础的深度以及承台高度选取起到了决定性作用,为红光大桥下一阶段结构进行优化起到了推动作用。     

溢洪道泄流临底流速仿真模拟研究

临底流速是影响泄流结构安全的一项重要因素。采用Fluent软件中RNG k-ε和VOF模型对某溢洪道泄流临底流速进行了数值仿真模拟研究。数值模拟结果的水流流态和水深等与溢洪道泄流原型观测数据基本一致,验证了所采取数值仿真模拟方法的合理性。在此基础上,系统分析了该溢洪道临底流速的分布规律。结果表明:工程实际冲刷破坏处与仿真结果中最大临底流速及近底侧临底流速最大梯度出现位置是吻合的,可见临底流速及其变化梯度是引起溢洪道冲刷破坏的主要原因之一。     

正四面体钢架在小型决口封堵中的技术应用

堤防决口封堵是汛期防汛抢险工作中最为重要和危险的工作,对降低洪水危害程度具有重要意义。本文针对当前中小型决口封堵方法的不足之处,提出了基于正四面体钢架的中小型堤坝决口封堵技术,并针对不同宽度和流速的决口,提出了三种不同的封堵方法。现场验证结果表明,上述方法具有一定的技术优势,建议在中小型决口封堵中采用。     

瀑布沟水电站截流水流数学模型研究

在江河截流过程中,随着戗堤的移动,龙口处河床及河岸边界条件不断变化,给截流设计中的水力计算带来了很大困难。以瀑布沟水电站为研究对象,通过经过验证的数学模型计算,获得了截流期间设计流量Q=1 000m3/s,龙口宽度发生变化时,坝区附近研究水域内流态的变化情况,得到了不同口门宽下龙口附近的水力参数,包括断面平均流速、断面平均水位、垂线平均流速等。计算结果与物理模型试验结果的比较表明:二维水流数学模型计算龙口处的平均流速、戗堤上下游水位落差、龙中最大流速等结果与试验值较接近,可为水电站的安全截流施工提供技术支持。     

NUMERICAL SIMULATION OF BED DEFORMATION IN DIKE BURST

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＲｉｖｅｒｓａｒｅｏｆｔｅｎａｔｔａｃｋｅｄｂｙｌａｒｇｅｆｌｏｏｄ .Ｗｈｅｎｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｉｎｒｉｖｅｒｉｓｖｅｒｙｈｉｇｈ ,ｗｅａｋｅｒｐａｒｔｓｏｆａｄｉｋｅｗｉｌｌｂｅｄｅｓｔｒｏｙｅｄ .Ｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｅｄｌａｎｄａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｉｌｌｂｅｓｕｂｍｅｒｇｅｄ .Ｓｏ ,ｉｔｉｓｏｆｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｓｉｇｎｉｆｉ ｃａｎｃｅｆｏｒｄｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｋｅｒｓｏｆｆｌｏｏｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｔｏｅｘａｃｔｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅ…     

装配式快速堵口临时堤坝的稳定性分析

为了研究利用装配式快速堵口装置进行汛期堤坝决口封堵的可行性和有效性,基于CFD软件Fluent建立了堵口装置形成坝体后的三维数值计算模型。通过模型试验验证数值计算方法的可靠性后,计算得到不同工况下水流对坝体的水平作用力和倾覆力矩。计算结果表明:水流力随着决口处流速、决口宽度和深度的增大而增大;堵口装置布置排数的增加也会使水流力略有增大,且这种影响随流速的增大而增大;水流作用引起的倾覆力矩对坝体的稳定性影响很小。     

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。     

The hydraulic characteristics of end-dump closure with the assistance of backwater-sill in diversion channel

The river closure is a key step in the water dam construction, and the end-dump closure is a general way to cut off the river flow. The hydraulic characteristics at the closure gap are the main factors which affect the extent of closure difficulty. A method is proposed to reduce the difficulty of diversion channel closure by pre-building a closure structure called the backwater-sill at the downstream toe of the closure gap to change the flow pattern at the closure gap. The results of the physical model test and the threedimensional numerical simulation indicate that the backwater-sill has the effects of raising the water level at the downstream toe of the closure gap, decreasing the water surface gradient, and reducing the closure drop and the flow velocity at the closure gap. The schemes with different dike widths, different closure gap widths, and different backwater-sill widths and heights are simulated. The results show that the height of the backwater-sill is the key factor affecting the hydro-indicators at the closure gap, while the influence of the dike width, the closure gap width or the backwater-sill width can be ignored. The higher the backwater-sill is, the lower the hydro-indicators will be. Based on the numerical simulations and the physical model tests on the hydraulic characteristics at the closure gap of the backwater-sill assisted closure, the hydro-indicators and its calculation method are proposed to provide a theoretical support for the river closure.     

联安围防洪保护区洪水演进模拟分析EI北大核心CSCD

针对联安围防洪保护区地形多变,水系复杂的特点,以水力学方法为理论基础,构建了一维水流模型与二维非恒定流模型水动力耦合的洪水模拟模型,综合考虑研究区丘陵地形、不同重现期洪水、防洪系统薄弱堤段等组合情景,进行基于情景方案的河道溃决洪水演进模拟及风险分析,模拟不同情景下保护区内的淹没面积、水深、溃口流量过程和洪水演进过程。结果表明,该模型能综合反映溃堤洪水造成的影响,可为洪水灾害的预警提供技术支持。     

双戗堤截流时下戗堤的作用分析

立堵截流计算的核心内容是龙口流速的求取，因为龙口流速的大小直接影响到截流时所选择抛投料粒径的大小，可以说是衡量截流难度的一个重要指标。本文在分析单戗堤立堵截流龙口流速变化规律的基础上，着重研究了在双戗堤立堵截流中，当上戗堤最困难的时候，也就是流速最大的时候，下戗堤是否能够壅水，从而降低上戗堤的截流难度这个问题，论证了双戗堤立堵截流水力控制条件的正确性，为双戗堤立堵截流的顺利施工提供判断依据一     

溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。     

Flow hydrodynamics in embankment breach

Breaching flow occurs during the breach development of the embankment, dike, earthen dam, landslide barrier, etc. and plays an import role in the breaching erosion as the driving force. According to the previous research, the breaching process can be classified into initiation phase, breach widening phase and breach deepening phase. Based on the breaching development classifications, the breaching flow can be seen as a special compound weir flow when the breach channel is in the relatively equilibrium condition. There were five physical flow models were designed in the hypothesis of rectangular shape and trapezoidal shape for the breach channel cross sections to study the breaching flow characteristics. The distributions of water level and velocity were measured and analysed in the breaching flows in overtopping condition and emerged condition. There were two helicoidal flows above the breach channel slopes and triangular hydraulic jump in the downstream of the breach channel in the overtopping condition and emerged condition. The hydraulic energy loss was calculated according to the breaching velocity and water level distribution in the upstream and downstream of the model. It is found that the test results of the breach flow physical model can be valuable to bring insight of the breaching process of embankment and make contributions to the validations and verifications of breach numerical models.