近期黄河下游游荡河段床面下切与横向展宽的定量关系

水库运用初期,坝下游河床通常会发生冲深下切及滩岸崩退过程,但是现有研究较少分析河床下切与横向展宽之间的定量关系。以1999-2015年游荡河段实测断面地形资料和水沙资料为基础,分析了近期游荡河段的河床调整过程,发现河床调整以床面下切为主,部分河段崩岸明显;建立了不同河段累计床面下切值与累计滩岸崩退宽度之间的经验关系,其相关系数均大于0.8;根据水沙控制方程推导了河床下切与展宽之间的定量关系,发现累计床面下切值与河宽变化率及初始水深有关,各河段的相关系数均大于0.8;预测了未来游荡河段河床形态的调整过程,发现当各河段持续下切至某一值时,两种方法计算下的河床展宽值较为接近,一定条件下可用来估算河床下切和横向展宽的实际情况。     

人工神经网络方法在黄河下游平滩流量计算中的应用

利用黄河下游1960-2007年实测水沙资料,选取花园口、高村、艾山及利津4个断面作为研究对象,采用人工神经网络方法,通过输入来流量和来沙系数确定各断面的平滩流量.不同输入因子的计算结果表明:对于平滩流量的计算,不仅应考虑来水来沙条件的累积作用,同时还应考虑汛期与非汛期的全部水沙条件,则能更加准确地计算各断面汛后的平滩流量.人工神经网络方法不仅能够全面地考虑多种因素对平滩流量计算的影响,而且还能够模拟平滩流量随水沙条件变化的动态调整过程.     

黄河下游平滩流量影响因子相关分析

选取影响黄河下游平滩流量的诸多影响因子并加以分类,应用人工神经网络方法,建立了各影响因子与平滩流量的BP模型。分析结果表明:平滩流量计算时应考虑汛期及非汛期来水来沙影响因子、前期水沙条件的累计影响因子与其他因子;考虑汛期、非汛期水沙条件以及上一年汛后平滩流量等影响因子的同时,再加入洪峰流量和中值粒径影响因子,计算的平滩流量与实测值更加符合。     

黄河水量调度系统中的流量演进问题研究

黄河干流非汛期流量演进问题是黄河水量调度工作的难点之一。为解决这一问题，采用水文学和水动力学相结合的方法，建立了基于水量调度的黄河下游非汛期流量演进混合模型。模型采用基于水文学的水量平衡方程，并用一维水力学方法对方程中的传播时间、槽蓄量两项关键参数进行了率定。采用2003、2004两水文年的实测资料对模型进行了验证，结果表明模型能较好地模拟流量传播过程。     

三峡工程明渠截流水流数学模型研究及其应用Ⅱ：方案计算与反演计算

 采用率定后的一、二维水流模型，详细计算了各种截流方案下明渠内局部的水流流态，不仅对不同上下口门配合宽度下的水位落差分担关系进行了敏感性分析，还提出了不同截流流量下，在满足给定落差分担关系时上、下游戗堤的进占顺序以及相应的抛投块石粒径。各种方案计算结果表明：当截流流量为12 200 m3/s时，施工方案承担较大风险，宜优化；9 010 m3/s时，现有方案可以较好的满足。同时还反演计算了实际截流不同时刻明渠内的水力条件，计算结果表明：当上游龙口宽度在140 m之前或50 m之后，主要由上戗堤承担截流落差；而此范围之内，由上、下戗堤共同承担截流落差，计算与实测结果较为符合。     

黄河下游平滩流量对来水来沙变化的响应

本文探讨了平滩流量对来水来沙的滞后响应规律，发现平滩流量不仅与当年的水沙条件有关，而且与前期水沙条件有关，是一定时期内的水沙条件累积作用的结果。当采用滑动平均值来反应前期水沙条件的累积影响时，得出平滩流量与滑动平均汛期流量和滑动平均来沙系数的相关程度分别在4年和5年时达到最大值。据此建立了能够反映来水流量和来沙系数前期综合影响的平滩流量计算方法，可以用来估算黄河下游主要测站平滩流量随水沙条件的变化。     

水库异重流潜入点流速分布及其判别式改进

异重流潜入条件是描述异重流潜入运动的关键参量。异重流潜入条件中含沙量与潜入弗如德数为隐性关系,是由于以往研究对潜入点垂线流速分布未能给出适当的数学表达式。通过对异重流潜入点处垂线流速分布物理图形的数学分析,利用小浪底水库2004-2015年调水调沙期异重流潜入点资料,得到水库浑水异重流潜入动量修正系数理论值1.2,小浪底水库实测值为1.13,均为常数。在此基础上,对异重流动量修正系数进行水槽试验资料和实测资料验证,推导获得了新的水库异重流潜入点判别关系式,小浪底水库和三门峡水库实测资料计算结果表明,该流速分布可以描述潜入处的流速分布状况,新的潜入点判别式更符合实际。该成果可为小浪底水库调水调沙预案编制和数学模拟提供技术支撑。     

考虑干支流倒回灌的小浪底水库异重流模拟

小浪底水库支流众多,支流库容占总库容的41.3 %,干支流倒回灌对干流洪水演进和库区淤积过程有重大影响,为此本文提出了考虑干支流倒回灌影响的水库一维明流及异重流耦合模型。推导了不同类型倒回灌引起的水沙控制方程附加项,并提出了相应的水沙耦合形式的浑水明流与异重流控制方程。针对不同的倒回灌形式提出相应的倒回灌流量计算方法：对于干流水位涨落引起的干支流倒回灌,提出了零维水库法在使用有限体积法的数学模型中的实现方法;对于异重流向支流的倒灌,采用考虑支流底坡影响的异重流倒灌流量公式计算。将这两种方法与已建立的水库一维明流与异重流耦合模型结合,模拟了2006年小浪底水库调水调沙实验的完整过程,对库区内水位下降、上游段冲刷及人工异重流形成与发展均做出了较为准确地模拟。模拟结果显示,干支流倒回灌过程对于异重流厚度变化过程和调水调沙出库沙量有显著影响,对于汛前泄水阶段库区水位下降速度也有一定影响,支流淤积在一次异重流过程淤积总量中可达43.5%。相对于简化干支流倒回灌过程的计算方法,该模型对异重流排沙比的预测效果更好,证明其有助于实现更加科学合理的调水调沙方案设计。     

溃堤洪水过程的模型试验与数值模拟

黄河下游滩区既是当地群众赖以生存的场所,同时也兼具蓄洪、滞洪及沉沙的功能。滩区居民为保障农业生产和村庄安全,在主槽两侧修建生产堤来抵御中小洪水。然而当遭遇大洪水致使生产堤溃决时,溃堤洪水仍将给滩区群众生命和财产安全造成巨大威胁。作者基于在大型水槽中所进行的溃堤洪水概化模型试验,首先分析了溃堤后滩槽内的水位变化特性及滩区内洪水波的传播过程;然后建立了相应的2维数学模型,并对数学模型进行了验证,结果表明数值模拟与模型试验结果吻合较好;最后利用验证后的模型进一步模拟了滩区不同糙率取值条件下溃堤洪水的演进过程,探讨了滩区不同糙率取值对溃堤洪水的水位、流速等水力要素及波前在滩区内传播时间的影响。成果分析表明:1)生产堤溃决后主槽内水位具有先下降,后稳定,再升高,再稳定的变化特征;滩区内水位呈持续升高,最终趋向稳定的趋势;滩区各测点流速则先增大后减小;进滩流量先减小,后稳定,再减小,最后趋向为零;2)滩区不同糙率取值对进滩流量及洪水演进流路无明显影响,但对溃堤洪水波前到达时间影响较大,波前到达时间随着滩区糙率取值的增大而逐渐增大,随着洪水量级的增大而逐渐减小;滩区各特征测点最大流速随着糙率的增大而减小。研究成果不仅可以深化对溃堤洪水演进规律的认识,还可为后续的溃堤洪水模型试验研究提供借鉴和参考。     

漫滩洪水中不同房屋分布的阻力特性研究

漫滩洪水是威胁滩区居民生命财产安全的一种主要自然灾害,村庄等微地貌直接影响洪水演进过程,故采用概化物理模型和数值模拟的方法研究滩区房屋分布的阻力特性。以黄河下游兰考东明滩区地形为参考,修建概化滩区的物理模型,研究主槽4种不同进口流量下,房屋呈4种不同排列方式及4种迎流角度条件下,房屋试验区水流的变化情况。试验结果显示随主槽进口的流量增大,房屋试验区四周的水深呈非线性增加;房屋试验区房屋呈不同排列方式时,模型试验区形成的局部阻力不同。然后采用数学模型计算典型工况的洪水演进过程,水位的计算值与实测值符合较好,模型具有较好的计算精度。最后采用加大糙率法计算溃堤水流演进过程,发现以曼宁系数取0.05、0.08、0.12和0.16分别代表房屋以3×3、4×4、5×5及交错排列情况下的综合阻力时,计算得到水深、水跃位置与模型试验结果基本一致。研究结果将为房屋合理布局,减少漫滩洪水淹没损失提供参考依据,亦可用于检验水动力学模型的计算精度。