航道整治工程泥沙数学模型在赣江治理中的应用

在河流二维双方程紊流泥沙模型及求解方法基础上，用拟合坐标生成了正交曲线网格；运用“露滩冻结”技术解决河道中边滩和江心洲等随水位波动边界位置发生相应调整的动边界问题．模型考虑了床沙级配的分层记忆和床沙质与冲泄质的划分．模型验证后，应用于赣江樟树～南昌河段航道整治工程方案计算中，取得了良好的效果．     

二维泥沙数学模型在赣江大堤南昌段改线中的应用

采用平面二维水流泥沙数学模型计算了赣江大堤南昌段堤线改线对河段水流运动及河床冲淤的影响。在运用实测资料对该数学模型进行河段水面线，断面流速分布，汊道分流比和河床冲淤分布验证的基础上，计算了堤线改线工程前，后河段洪水水位壅高，断面流速分布变化，取土料场回淤等。     

外秦淮河武定门闸上游减淤物理模型试验

针对南京市外秦淮河武定门闸上游近年来发生泥沙淤积严重的问题,建立了武定门闸河段物理模型,设定两种方案进行悬沙冲淤试验,分析偏转角为15°的导流墙工程对闸上游的减淤作用。结果表明:方案1(将闸门至上游60 m开挖至设计断面),设置导流墙后,经过2年8个月的水沙过程,整治段淤积量减少30.4%;方案2(将闸门至上游240 m开挖至设计断面),设置导流墙后,经过1个典型水文年,整治段淤积量减少50.8%,经过2个典型水文年,淤积量减少44.0%,减淤幅度下降,河床趋于形成新的冲淤平衡,断面地形也趋向于均匀分布;设置偏转角为15°的导流墙对武定门闸上游河道有显著的减淤作用,有助于提高河道的过流能力。     

赣江南昌段东西河工程整治前后分流比变化研究

近年来,由于不合理的开发利用,赣江下游的两条支流东、西河的分流比发生了较大变化,对河道防洪、通航和城市取水等产生了影响,为此,规划采用工程措施进行河道治理。为了对工程治理效果进行验证,选用Delft3D软件建立了平面二维水流模拟数学模型,并根据实测水文资料对模型进行了验证,对赣江南昌段工程整治后水位、断面流速分布、东西河分流比进行了模拟分析。结果表明,在枯水和洪水条件下,工程整治对东西河分流比的调控作用不明显,裘家洲切滩后上游水位略有降低,下游水位未受影响,断面流速分布更为均匀,东河疏浚工程有增大其过水能力的趋势。分析结果为工程措施的改进提供了依据。     

江西新干航电枢纽工程行洪影响分析

为了分析赣江中游拟建新干航电枢纽对水库上下游的影响,采用数学模型计算研究方法分析研究了水库建成后上下游河床冲淤与水位变化情况。分析结果表明,水库建成后,由于发电蓄水和库区抬田保护工程的实施,库区水位将壅高,对防洪将产生一定的影响,依据水位分析结果,确定了需要疏浚河段。采取疏浚措施后,可较大程度降低河道水位。     

信江八字嘴枢纽坝下冲刷计算研究

针对枢纽下游河床冲刷这一水利航运界普遍关注的工程问题,为确保信江八字嘴航电枢纽工程的安全及下游通航条件,基于信江水文基本特性、河床演变特性分析,建立平面二维水沙数学模型,对八字嘴枢纽建成运行后可能引起的坝下冲刷进行了计算研究。结果表明:工程河段地处鄱阳湖影响范围,天然情况下洲滩小幅淤长,河道演变较为稳定,但近年来部分区域频繁的采砂活动造成局部河床显著下切,需要引起高度重视;经过10个水文年冲淤调整后,西大河坝下5 km范围内因大规模采砂作用河床深凹、水深较大,故冲刷幅度相对不大;坝下5～10 km范围冲刷较为明显,冲刷部位主要在河槽,平均冲刷深度约为0. 29～0. 93 m,边滩部分变化很小;东大河由于下游双港枢纽的抬水作用,坝下冲刷幅度整体较小。总体来看,八字嘴枢纽坝下河床冲淤变化的幅度随时间逐渐减小,河道河势基本保持稳定。     

赣江尾闾河段水沙特性及河床演变

为了解赣江尾闾河段的水沙特性与河床演变规律,通过对该河段水文、泥沙和地形演变资料的整理与分析,探讨了该河段的径流、输沙、水沙关系、分流比、冲淤变化、河床稳定性、演变影响因素及演变趋势。结果表明:近年来,赣江尾闾河段输沙量明显减小;河段分流比呈西河增大、东河减小的趋势;全河段演变以冲刷为主,且河道上段的冲刷量远大于中下游河段;东、西河纵横向稳定系数呈上游往下游递减趋势;万安水库的运用、河道采砂、鄱阳湖水位的降低是赣江尾闾河段冲刷的主要因素;万安水库运用时间的增长及河道采砂管理的规范化,将有利于赣江尾闾河段的稳定发展。     

含柔性沉水植物明渠水流运动特性试验研究

采用激光多普勒流速仪(LDV)试验研究含柔性沉水植物的水流运动。试验结果表明:流速沿垂线分布呈S形,分为3个区域,即植物内部区、过渡区和上部区。植物密度对过渡区内流速影响显著,在该区内,植物密度越大则流速梯度越大。含植物水流的紊动强度和雷诺应力都明显增大,它们在垂线分布上有相似之处,都是在植物顶层的位置上达到最大值,说明在此区域内存在较强的能量交换和剪切作用;二者在植物顶层上部区域随着水深的增加而减小,在植物内部区随着水深的增加而增大。     

数字航道构建研究——以赣江樟树南昌河段为例

提出了构建"数字航道"的理论体系、框架结构以及数字航道实现的关键技术,以赣江下游(樟树-南昌)河段为对象;讨论了"数字航道"在赣江航道的实现;采用系统理论初步开发出基于GIS的航道管理维护模块、河床演变分析模块和一、二维水流泥沙数学模型与GIS的集成,为航道整治工程设计与规划决策支持提供了科学依据.最后采用三维可视化技术作为航道虚拟现实的实现手段,在航道DEM数据基础上开发了赣江下游航道与整治工程的虚拟仿真.     

航道整治工程泥沙数学模型的构造及计算方法

建立了正交曲线坐标系下二维紊流全沙数学模型，水流模型采用紊动动能和紊动耗散率闭合雷诺方程，把悬移质输沙概化为单纯淤积、单纯冲刷和淤粗冲细三种情况，依据悬沙与床沙交换机理建立了挟沙能力和非均匀沙分组挟沙能力的表达式．在水流输运及分组含沙量输运方程的离散过程中，采用守衡性较好的控制体积法和SIMPLEC计算程式，以提高计算稳定性和加快收敛．本模型对复杂条件的河床适应性较强，为平面二维长河段的河床变形计算进一步创造了条件．