基于动理学理论的床沙冲刷函数

针对泥沙研究中床面泥沙冲刷函数以经验公式为主，难以深入分析紊流随机因素作用下床面泥沙运动与冲刷强度的力学联系的问题，本文基于泥沙运动的动理学理论建立了床面泥沙冲刷函数。论文中，在动理学理论框架下将床沙冲刷通量表示为单位面积和单位时间内在紊流升力、拖曳力、重力等作用下离开床面的泥沙质量（体积）的统计系综平均，并采用泥沙运动的动理学方程确定了冲刷函数中床面泥沙运动的速度分布函数这一关键统计力学变量。论文还将得到的冲刷函数与3家80组不同来源的实验数据以及3家冲刷函数进行了对比，并作为冲刷边界条件用于悬移质输沙的计算。结果表明，本文得到的冲刷函数不仅具有更好的理论基础，且冲刷通量计算值与实验值符合良好，相对误差在[-0.5~0.5]之间的数据占所有数据的87.2%，相比其他冲刷函数具有更好的计算精度；作为边界条件计算得到的冲刷过程中悬移质浓度分布也较好地复原了实验过程。本文的研究表明，基于动理学理论的冲刷函数既反映了微观状态下拖曳力、升力等随机性外力对床面颗粒运动的影响，又反映了颗粒运动的统计规律，从而能更准确地从力学本质上反映水流强度及颗粒大小等对冲刷通量的影响规律，体现了动理学理论在分析床面泥沙运动特征的优势。  

黄河内蒙古河段洪水演进与冲淤模拟研究

研究洪水过程在黄河内蒙古河段的响应可为该河段的河道整治规划和黄河上游水资源开发方案的确定提供技术支撑。本文采用三维水沙数学模型，对黄河内蒙古巴彦高勒至头道拐河段开展了不同量级洪水过程的模拟研究。结果表明：洪水演进方面，现阶段巴彦高勒到头道拐的洪水演进时间较20世纪80年代有所增加，并维持在7~9 d；其中三湖河口以上河段河槽是主要的行洪区间；往下游发展，水流漫滩程度逐渐加大。河床冲淤方面，通过合适的水沙搭配和持续的洪水过程可实现该河段淤滩刷槽的有效调控；且主槽冲刷强度同流量之间存在非线性响应关系，并在流量2 500 m³/s时输沙能力达到最大。此外，典型弯曲河段裁弯取直过程的模拟表明，持续的大流量洪水过程是实现局部河段自然裁弯的必要条件，通过裁弯取直可有效提高河段的输沙能力。  

黄河下游河道治理三维数值模拟研究

本文采用三维水沙数学模型，根据不同重现期洪水的设计水沙条件，对黄河下游花园口至艾山河段的去生产堤方案和两道防线方案进行了模拟计算。重点关注了两种治理方案下不同场次洪水的演进过程、河道冲淤、输沙特性和典型滩区的分洪退水过程，模拟结果表明：与去生产堤方案相比，两道防线方案中的洪水演进过程因防护堤的运用方式而在不同场次洪水中差异明显；同时两道防线方案可有效地保护滩区，减缓滩区大规模的淹没，发挥防灾减灾的功效；此外，从输沙能力变化和冲淤分布比较来看，两道防线方案较去生产堤方案可提高河道的输沙能力，减少河道的淤积。  

金沙江干流山区水库通航流态三维数值模拟研究

采用三维水动力学模型，借助非结构网格重构地形，开展了金沙江干流山区水库通航流态的数值模拟研究。以攀枝花河段为例，选取不同的来流条件进行了模拟，重点关注了水深、流速、平面流场和典型弯道的环流结构等水动力学特性，进一步对河段可能的碍航点进行了分析。计算结果表明：在一定的出流边界条件下，河道水深整体呈沿程递增趋势，基本可满足三级航道标准；同时某些流量级下，局部卡口、突扩和弯道河段可能出现碍航流态。研究结果可为金沙江梯级水库群联合调度提供技术参考。