河床冲淤对洪水演进影响数值模拟研究

河流中发生洪水时一般都会伴随着河床冲淤变形,不仅对本场次洪水的水位产生影响,也会对后续洪水的演进过程有所作用,该作用在传统洪水演进模型中常被忽略。开发了一套基于GPU加速计算技术的耦合了河床演变的水动力数值模型。模型经试验资料验证后,用于模拟黄河巴彦高勒段河床演变对洪水演进过程和淹没程度的影响。结果表明:洪水导致的河道冲刷和分叉分别发生在河道中游与下游,与实测趋势相符;对比两场相同来洪条件下的洪水演进过程,因前一场洪水在该段造成的冲刷,第二场洪水水位降低,洪灾发生的风险和损失程度也随之降低。因此河床冲淤变形在精准预测多泥沙河流洪水演进和风险分析中有着重要影响,在进行洪水预测预报及与洪水相关的规划、设计、施工和管理工作时应适当考虑。     

基于非恒定流模型的山洪沟水面线计算

本文将具有良好激波捕捉能力的Godunov格式离散圣维南方程组建立的一维非恒定流模型用于山洪沟水面线的分析计算。首先通过混合流算例验证了该模型具有良好的模拟间断水面和流态过渡的能力,随后将该非恒定流模型用于刘家舍窠山洪沟、梁家岔山洪沟和红花坪山洪沟的水面线计算。分析认为计算结果合理,模型较好地模拟了陡坡和断面变化剧烈情况下出现的急流和流态过渡等问题。该模型在山洪沟水面线的分析计算领域具有良好的工程应用前景。     

堰塞坝漫顶溃决试验及相关数学模型研究

针对当前堰塞坝溃决试验粒径取值偏低和粒径相差不大的现状,采用两组粒径差别明显的砂样进行了堰塞坝垭口漫顶溃决试验。试验表明,同条件下粗、细两种颗粒坝体的溃决现象有着较明显的不同。垭口挡板提起后,细颗粒坝体以下切侵蚀为主,冲刷强度比较剧烈,坝体较容易发生溃决;而粗颗粒坝体则是以渗流出流形成的溯源冲刷为主,冲刷强度较低,溯源面逐渐向上发展,只有当其发展到垭口下端附近时坝体才有可能迅速发生溃决。试验还发现,下游坝坡对溃决过程的影响比较显著,坝坡越陡,坝体越易溃决,溃口的平均展宽速率也越大。此外以deVries输沙率公式为基础建立了具有物理意义的概念性溃口出流计算模型,并采用试验实测数据对该模型进行了验证,结果表明该模型具有良好的适用性。     

西江下游实时洪水预报研究

为了提高洪水预报的精度,采用预报加校正的模式探讨了卡尔曼滤波算法与衰减记忆最小二乘法在西江下游洪水预报实时校正中的应用。结果表明:两种方法均能明显提高预报精度,但是综合比较而言,卡尔曼滤波方法取得的结果更优。     

欧洲洪水风险图编制经验的启迪

从洪水风险图发展历程看,欧洲与我国比较相似,洪水风险图的起步时间比较接近,目前也都处在一个大的发展阶段.本文从洪水风险图的发展背景、洪水风险图的种类、洪水分析计算方法、洪水风险图的制作单位和运用方式等多个方面阐述了欧洲的主要做法,对比了与我国洪水风险图编制工作的异同.为进一步适应我国洪水风险管理工作的需要,建议我国尽早开展洪水危险等级划分标准的研究以及包含风险信息的洪水风险图绘制工作,规范参与洪水风险图绘制的洪水分析计算工具,进一步明确洪水风险图的角色和使用方法等问题.     

基于一维运动波理论的坡面汇流和沟道汇流数学模型研究

一维运动波理论常用于坡面汇流和沟道汇流的模拟,根据坡面汇流和沟道汇流的特点,采用不同形式的运动波控制方程组来分别描述坡面汇流和沟道汇流过程。采用Mac Cormack格式开发了坡面汇流模型,采用线性离散和非线性离散的显式有限差分格式开发了沟道汇流模型,通过3个典型的算例对各模型进行了验证。验证结果表明,开发的沟道汇流模型是成功的;空间步长的尺度对数值解精度有较大影响,步长越小,数值解精度越高;在沟道汇流模型中,线性求解和迭代求解两种方法的计算结果基本一致。     

土石坝漫顶应急除险技术的试验研究

为避免土石坝漫顶后迅速溃决,采用水槽试验的手段对临时加高坝顶和在坝体下游面铺设防 水布两种工程除险措施进行了研究。试验发现,临时加高坝顶后,可以有效地减缓漫顶时间,推迟洪 峰的到来,但是临时加高坝顶会使坝前水位升高,使得溃坝形成的洪峰流量值增大,因此在实践中采 用该工程措施时要慎重。而在下游坡面铺设防水布后,可以有效地减缓下游面的冲刷速度,不仅可以 将整个溃坝历时延长,推迟洪峰的出现,同时形成的溃坝洪峰值也会有所降低,相比较而言,该措施 是一种比较适宜的工程应急除险措施。     

石羊河流域基流分割及特征分析

针对基流分割是水文预报中产汇流模型模拟、流域水文分析计算、区域水资源评价中经常遇到的问题,以石羊河流域为例,采用数字滤波法对流域的8条主要河流进行了基流分割和模型计算,分析了计算结果与流域水文特征值,探求了各指数指标的响应机制.结果表明,基流值与降水、地形等因素密切相关,该模型计算为流域水资源保护和合理分配提供了依据.     

藻类残体颗粒的沉降特性与模型材料选择

南水北调中线干渠中藻类残体随流运动,容易在退水闸、分水口等突扩断面位置沉积,需要经常进行清淤工作。本文应用PTV粒子追踪测速技术,通过1组工况的藻类残体颗粒静水沉降试验和24组工况的不同模型材料、不同粒径的静水沉降试验,研究藻类残体颗粒的沉降和比重特性,探究不同模型材料沉降特性,并选择适宜野外漂流示踪试验的模型材料。结果表明,藻类残体颗粒的静水沉速为0.008 m/s,在水中的比重为1.004。同一比重的模型材料,粒径越大静水沉速也越大。相近或相同粒径的模型材料,比重越大静水沉速也越大,比重较小的模型材料,静水沉速随粒径增长的斜率较小。奇亚籽的平均粒径为3.5 mm、平均比重为1.05、平均静水沉速为0.017 m/s,其物理属性和水动力属性都与藻类残体颗粒相近,可作为南水北调干渠等藻类残体颗粒的野外漂流示踪试验材料。研究成果可为南水北调中线干渠的藻类防控与高效清淤提供技术支持。