采沙河流二维水沙耦合数学模型

对引进的采沙河流二维水沙数学控制方程组进行系列变形和化简,并利用逆风格式和ADI法及有限差分法对方程组进行离散求解,建立了采沙河流平面二维水沙耦合河流数学模型．与传统的河流数学模型相比,该模型中加入了反映采喂沙活动影响强度大小的参数采沙通量Fm与喂沙通量Ff,可反映出河流采喂沙活动对河床变形影响的持续性和同步性,可以精细地模拟和描述采沙河流中的水沙运动变化情况．     

基于两相流理论的低浓度挟沙水流运动数值模拟Ⅰ—数学模型

从两相流理论出发,对水沙两相间作用力进行分析后认为:对低浓度挟沙水流,仅存在水流与泥沙之间的相互作用,且其主要反映在两相之间存在阻力、附加质量力及压力梯度力.在此基础上建立了低浓度挟沙水流的一般数学模型与简化数学模型,并以简化数学模型为基础,建立了低浓度挟沙水流平面二维数学模型.该模型考虑了泥沙相对水流时均运动的影响,且控制方程形式和已有水沙数学模型相近,因此便于工程计算.     

黄河“02.9”洪水期下游引水对河道冲淤的影响

在系统分析黄河小浪底水库2002年9月异重流小流量排沙期水沙演进、河床冲淤与沿程引水引沙情况的基础上,采用非恒定流准二维水沙数学模型,计算分析了下游沿程引水对河道演变的影响.计算结果表明,虽然异重流排出的悬沙组成很细,但由于流量不大,水流仍处于超饱和输沙状态;洪水期两岸的引水量占水库下泄水量的比例很大,大量泥沙被引到堤外,与不引水相比较,河道淤积减少.     

水库异重流潜入运动数值模拟及影响因素

针对水库异重流的运动特性,采用变密度流方程结合RNGk-ε紊流数学模型建立了剖面二维湍浮力流模型,并对入库水沙条件对异重流潜入的影响进行分析.结果表明,模型能较好地模拟异重流的下潜过程,反映泥沙浓度场与流场的强烈耦合.引入的进口密度弗汝德数较好地反映了入库进口水沙条件,异重流潜入的特征参数潜入点水深、异重流厚度、无量纲潜行时间参数均随着进口密度弗汝德数的增大而增加,计算结果能为水库水沙调度提供定性参考.     

河流数值模拟系统的开发与应用

开发了一套适用于河道水流、水沙与水环境模拟的河流数值模拟系统(River Simulation System,简称RSS),该系统集成了AutoCAD软件作为图形处理平台并采用VB对CAD进行二次开发,实现了和AutoCAD软件的无缝衔接,系统的图形处理能力和执行效率均较高.目前,RSS系统已集成了一、二维水流、水沙与水温的数学模型及其一、二维嵌套模型,其中平面二维数学模型可以基于三角形网格、四边形网格以及混合网格进行求解,对复杂区域的适应能力较强.     

黄河“02．9”洪水期下游引水对河道冲淤的影响

在系统分析黄河小浪底水库2002年9月异重流小流量排沙期水沙演进、河床冲淤与沿程引水引沙情况的基础上,采用非恒定流准二维水沙数学模型,计算分析了下游沿程引水对河道演变的影响．计算结果表明,虽然异重流排出的悬沙组成很细,但由于流量不大,水流仍处于超饱和输沙状态;洪水期两岸的引水量占与水库下泄水量的比例很大,大量泥沙被引到堤外,与不引水相比较,河道淤积减少．     

考虑粘性泥沙运动的黄河口二维水沙输移数学模型

为研究黄河口的水沙输移规律,采用基于无结构三角网格下的有限体积法建立了平面二维水沙数学模型.模型中分别采用不同方法处理粘性和非粘性沙的输移源项,并引入经验证的粘性沙输移源项改进公式.采用已有的概化水槽冲淤试验资料对模型进行了验证,然后应用于1982年6月至1983年5月期间黄河口水沙输移的数值模拟,计算得到的潮位过程及冲淤量与实测资料符合较好,结果表明模型能够较好地模拟考虑粘性沙运动的黄河口非均匀沙不平衡输移.最后比较了不同泥沙输移源项处理方式对模拟结果的影响,计算表明在黄河口水沙输移数值模拟中需要采用非均匀沙模型并同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移.     

山区多沙河流漂石河段洲滩发育特征试验研究

山区多沙河流漂石河段受水沙条件影响,洲滩发育丰富,改变了漂石河段的水沙运动规律及洲滩演变特征。基于野外调查与室内物理模型试验,探讨了漂石对多沙河段水动力特征及洲滩发育过程的影响。通过都江堰市岷江支流白沙河与龙溪河的野外调查,分析了典型漂石河段床沙组成及漂石河床形态特征。由于山区河流暴雨洪水及挟带的泥沙及河道地形多变等因素,大量上游来沙在漂石河段落淤,河床内洲滩的大量发育。通过系列室内物理模型试验,分析不同泥沙补给条件下漂石河床的洲滩形成过程及河床形态变化与水位响应过程。研究结果表明：暴雨山洪产生丰富的泥沙补给,导致白沙河与龙溪河的粗颗粒平均粒径粗大,存在大量漂石,形成漂石河段。漂石河段水力要素多变,河床形态剧烈调整。当上游泥沙补给时,受漂石周围水流变化影响,漂石河床局部以横向带状溯源淤积为主,下游段两侧淤积突出,极易形成漂石洲滩,从而增大局部河床比降,减缓河道下切。上游来沙不均匀过程显著改变了漂石河床局部水位及泥沙淤积规模。因此,通过野外调查与室内物理模型试验,揭示了水沙条件下的漂石河床形态变化特征,山区河流上游来沙与漂石共同影响洲滩发育过程,表明漂石对山区多沙河流的水沙运动产生突出影响。     

水库冲刷漏斗三维数学模型及其应用研究

针对底孔前水沙运动规律的特殊性,引入行进水深以及求解底部挟沙力的张瑞瑾公式方法,建立了能准确反映孔口泄流条件下局部水沙运动待性及河床形态变化过程的三维水沙数学模型,使模型能准确反映孔口泄流条件下局部水沙运动特性及河床形态变化过程.通过室内模型试验对模型中的悬沙计算模块以及推移质计算模块进行了验证,结果表明,模型可应用于水库坝前冲刷漏斗模拟.最后将模型应用于云南瑞丽江水库取水防沙效果分析中,并对水库取水排沙调度提出建议.     

基于局部分级时间步长方法的水沙耦合数学模拟

基于局部时间步长（LTS）技术（即在每个计算网格采用局部允许的最大时间步长）,建立新的水沙数学模型,提高计算效率. 用非结构三角形网格离散计算区域,采用充分反映水-沙-床相互作用的平面二维完整控制方程组,利用有限体积法求解控制方程,用HLLC近似黎曼算子估算界面数值通量. 对动床溃坝算例的计算表明,当选取合适的局部时间步长级数时,计算效率明显提高（节省计算时间幅度达到68%）,精度满足要求. 长江中游太平口水道的工程应用表明,该模型能够在保证精度的前提下,节省高达92%的计算时间.     

基于雅鲁藏布江辫状河流的洪峰流量输沙变异数值模拟

该研究根据雅江中游辫状河流平面形态建立输沙地形,构建了可用于辫状河流输沙模拟的数学模型。数值计算采用二维水动力学和非粘性泥沙耦合模型对辫状河流中泥沙输运规律进行模拟研究,模型基于不可压缩雷诺平均N-S方程,模型中包括连续方程、动量方程、河床面变形方程、全沙输沙方程。该数学模型通过全沙输移理论计算悬移质和推移质输沙率。当模拟洪峰流量时,辫状河流出口含沙过程和悬移质输沙过程峰值滞后于入流过程,形成相位差,泥沙粒径越小,相位差越小,0.01mm和0.02mm泥沙相位差接近0,出口悬移质输沙率产生的相位差小于含沙量;0.3mm、0.2mm和0.1mm泥沙在辫状河流中淤积的淤积量超过50%。在计算泥沙输移的同时,考虑泥沙的启动、沉降淤积作用导致的地形更新,进而求解挟沙水流在辫状河流当中运动时对地形变化的影响,为天然辫状河流的研究预测建立一定的数值模拟基础。     

平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分 ,应用破开算子原理 ,建立了平面二维非均匀沙水流泥沙数学模型 ,并使用了平面二维非均匀沙水流挟沙力公式 .着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量、河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析 ,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程 .数值实验表明 ,该方法边界符合良好 ,计算量小 ,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律     

平面二维河道水流泥沙数学模型

引入通度概念处理河道不规则边界,用ＡＤＩ算法求解沿水深平均方程,破开算子法解悬移质不平衡输沙方程及河床变形方程,建立了平面二维河道水流泥沙数学模型,并通过物理模型试验对数学模型进行检验,表明该模型可应用于工程实践     

平面二维全沙数值模拟方法及其应用

采用有限体积法对正交曲线坐标系下的平面二维水沙微分方程进行了离散,建立了平面二维全沙数学模型.在一概化的单边突然扩宽河道中对河床冲淤过程中悬移质含沙量及其级配、推移质输沙率及其级配、床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,并模拟出了由河床冲刷引起的床沙粗化、抗冲层的形成过程以及河床淤积过程等泥沙特性的变化.数值计算结果表明,该模型在定性上能正确地模拟水流以及河床的冲刷、淤积过程.     

黄河泥沙科学的新进展

泥沙问题是黄河难治的症结,本文系统回顾了黄河泥沙科学的新进展,其中包括水流泥沙运动、黄河水流挟沙力、高含沙水流运动、河床演变规律和减淤措施研究、泥沙数学模型、河工动庆模型试验研究等方面,并提出了有待于今后深入研究的主要课题。     

ECOMSED三维悬沙扩散数值模型在凤城港航道清淤工程建设中的应用

文章用ECOMSED三维近岸水动力泥沙数学模型对山东烟台凤城港附近海区的潮流场进行了较高分辨率数值模拟,在此基础上进一步建立了凤城港航道清淤工程过程中三维悬沙输运-扩散数学模型。该模型以航道中心为悬沙线源,根据工程过程中连续开挖的特点较好的引入泥沙输入源强,准确地模拟了该航道中连续开挖36小时,工程区域及其周围海域表、中和底层泥沙浓度分布特征及其随时间的变化规律。     

黄河下游典型滩区“92·8”洪水分区滞洪沉沙数值模拟研究

采用平面二维水沙数学模型,依据“92·8”典型洪水情况,对黄河下游夹河滩至高村河段进行了无生产堤条件下的自然漫滩、现状生产堤条件下漫滩及典型滩区分洪淤滩,3种工况条件下的河道冲淤、洪水演进及滩区淹没的数值模拟.模拟成果分析表明,对黄河下游蓄滞洪区进行滞洪沉沙,有效增大了分洪区的削峰滞洪作用,保证和扩大了滩槽泥沙横向交换...