Numerical modeling of flow in continuous bends from Daliushu to Shapotou in Yellow River

The upper reach of the Yellow River from Daliushu to Shapotou consists of five bends and has complex topography. A two-dimensional Re-Normalisation Group(RNG) k-ε model was developed to simulate the flow in the reach. In order to take the circulation currents in the bends into account, the momentum equations were improved by adding an additional source term. Comparison of the numerical simulation with field measurements indicates that the improved two-dimensional depth-averaged RNG k-ε model can improve the accuracy of the numerical simulation. A rapid adaptive algorithm was constructed, which can automatically adjust Manning's roughness coefficient in different parts of the study river reach. As a result, not only can the trial computation time be significantly shortened, but the accuracy of the numerical simulation can also be greatly improved. Comparison of the simulated and measured water surface slopes for four typical cases shows that the longitudinal and transverse slopes of the water surface increase with the average velocity upstream. In addition, comparison was made between the positions of the talweg and the main streamline, which coincide for most of the study river reach. However, deviations between the positions of the talweg and the main streamline were found at the junction of two bends, at the position where the river width suddenly decreases or increases.     

长江黄河垂线流速分布的分形研究

目前工程中应用的各种流速分布都应当看作是紊流运动的基本方程(Navier-Stokes方程)在不同条件下的近似解,因此有不少的学者试图从标度指数出发寻求流速分布的规律.以长江、黄河实测资料为例,从分形标度的角度出发去探讨天然河道垂线流速分布的规律.研究结果表明:天然河道垂线流速确实存在着分形现象,分维数可以反映垂线流速分布的均匀程度,分维数越大,垂线流速分布越均匀;一般情况下,长江垂线流速的分维数要大于黄河的分维数,并且同一条河道的不同位置分维数不同.     

黄河数学模拟系统建设

简要回顾了黄河数学模拟系统的建设思路、技术路线,从系统规划、模型研发、标准评测、系统集成、超算中心建设、生产应用等6个方面阐述了黄河数学模拟系统的建设进展,总结了系统建设的四大特点。面向"数字黄河"向"智慧黄河"升级发展的新要求,今后一个时期要加强已开发模型的应用和关键技术研究、研制三维径流-潮流-波流-泥沙-水环境模型和区域自然-经济-社会复合系统动力学模型、建设"智慧黄河"示范区等三项重点工作。     

海河堤岸预应力土层锚杆加固的数值模拟分析

为研究预应力锚杆对海河堤岸的加固效果,利用三维显式有限差分法,建立了预应力锚固仿真分析数值模型.通过预应力锚杆的现场试验,获取了数值计算所必需的参数.理论计算与实测结果吻合较好,因而验证了海河堤岸改造工程设计的可靠性.     

黄河什四份子弯道冰下环流特性研究

为分析弯道冰下水流结构与环流分布特征,利用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对什四份子弯道的冰下流场进行了测量,通过测量弯道的冰厚、水深、流速,分析了弯道断面冰情与冰下环流分布情况。结果表明：弯道冰下水流并不完全呈现双螺旋结构,冰封期环流集中在弯顶凹岸侧和弯顶后凸岸侧,易产生在相邻冰塞之间或是冰塞与河岸之间;环流区域环流旋度沿水深线性增大,非环流区域环流旋度则线性减小,同一位置的不同流层环流旋度大小分布基本一致,弯道后半段大于前半段,弯顶前凹岸侧大于凸岸侧,最大环流旋度位于弯顶凹岸侧,约为0.91。     

气候变化对黄河中上游水量的影响

运用半干旱区月小量平衡模型，分析了黄河中上游各代表子流域内的气温，降水与径流的关系，并进一步探讨了气候变化对各区乃至整个中上游水量的影响。文中还以月平均流量与月最大日流量的关系为基础，初步分析了月最大日流量受气候变化的影响程度，结果表明，大气中ＣＯ２倍增，黄河中上游水量将增加７．５３亿ｍ＾３，渭河和洛河月最大日流量将分别增加３．０％－１２．０％和３．０％－１４．５％。     

黄河口潮流数值模拟

应用二维非恒定流方程和破开算子法，数值模拟了黄河口附近海域潮流运动规律，并对动边界和潮位边界的处理作了探讨，实测资料验证表明，本文建立的数学模型能较好模拟黄河口附近的潮流场和潮位场。     

漳河下游河道水沙运动数值模拟

本文以漳河京广铁路桥以下河段为例,采用一维与二维水沙运动数学模型,对同时具有冲刷基点及丁坝群的河段的水沙运动特性进行了数值模拟.在数学模型中,采用宽顶堰公式模拟基点对水流运动的作用,在数值计算中,采用曲线网格处理丁坝群附近的复杂边界条件,用有限体积法将直角坐标系上的控制方程直接在曲线网格上进行离散求解.利用实测资料进行了验证计算,计算所得的水位、河床冲淤变形与实测成果吻合较好.     

黄河下游弯曲河道挖河疏浚效果的数值模拟研究

作者针对黄河利津至渔洼河段，就不同挖河方案的回淤过程和挖河效果，采用平面二维数学模型进行了模拟研究，河道挖槽疏浚回淤过程一般规律的模拟结果与河工模型试验结果基本一致。挖槽后上游有较大冲刷，挖槽段回淤较快。在较长一段时间内，挖槽疏浚增加了河道输沙能力，降低了洪水位。挖槽横断面面积一定时，存在一个使挖槽淤积比最小的最佳挖槽形状。     

数字黄河流域与可持续发展

简述了数字黄河流域的基本概念，关键技术，图谱以及数字黄河流域与流域经济可持续发展的关系。建立数字流域，将自然流域系统变成可控流域系统，可使黄河流域社会，经济实现可持续发展。     

Environmental flow requirements of fish in the lower reach of the Yellow River

A holistic approach using multiple modules is used to recommend the environmental flow for fish in the lower Yellow River. The basic steps are as follows: (1) acquire the flow-related information on selected fish in the lower Yellow River, including fish species composition, abundance and habitat use in relation to flow conditions; (2) link the selected fish to key aspects of the flow regime using a conceptual model; (3) identify the environmental flow objectives; and (4) use hydraulic and hydrologic models to determine the magnitude, duration, frequency and timing of flows required to meet these objectives.     

黄河下游突发性污染事件数值模拟

建立黄河下游一维非恒定流水动力学数学模型,并在此基础上建立一维水质模型,采用有限体积法(TVD格式)离散基本方程,通过时间二阶之预测-校正二步格式对离散方程进行求解。该求解方法具有守恒性好、算法简单、通用性强,在预测一般洪水及溃坝洪水波演进方面有较好的实用性,并能对黄河下游突发性污染事件进行初步模拟。     

黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理(黄河下游河道存在巨大的输沙潜力)

利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料,结合高含沙水流流变特性分析得出:河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同,均可用曼宁公式进行阻力计算;由于黄河泥沙组成较细,d50=0.03~0.10mm,随着含沙量的增加颗粒的沉速大幅度降低,泥沙在垂线上分布变得更加均匀,当含沙量大于200kg/m3以后发生改变;从泥沙存在对水流结构,流速在垂线上的分布特性上分析,含沙量200kg/m3左右时输送最困难,并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大,粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送,洪水期实测含沙量可达800~900kg/m3,表现出高含沙水流的高效输沙特性;黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg/m3,在流量2 000~3 000m3/s时,高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍是改造宽浅游荡河段为窄深稳定的河槽。     

黄河下游河道“驼峰”现象分析

通过对1982年以来黄河下游花园口至利津区间的水沙特性分析,得出洪峰流量、漫滩年份、洪峰消减率等数据成果,对这些数据进行了分析,进而得出"驼峰"现象形成的原因、"驼峰"现象对黄河的危害及变化趋势。     

信息化建设为构架"三条黄河"作支撑

当你在黄河水量调度总控制中心,可看见工作人员轻轻点几下计算机的鼠标,远在百公里之外的闸门就会按照所输入的指令,自动地进行启闭. 当你在黄河水保生态环境监控中心,只要输入相关的参数,三维动画瞬间便模拟出黄河流域水土保持现状,调整工程布局,设计整体规划方案.伴随着参数的改变,沟道工程布局也在发生变换.     

祁家渡黄河铁路大桥岸坡数值模拟分析

祁家渡黄河铁路大桥位于甘肃刘家峡水库库区。针对桥梁设计及施工过程中所面对的问题,通过现场调查、室内试验,掌握了桥址岸坡岩土体特征,之后建立二维及三维数值模型,利用FLAC3D软件对所建模型进行数值计算,得到两岸坡现状稳定系数、稳定岸坡角以及岸坡在施工过程中的应力应变状态。计算结果表明:岸坡整体处于稳定状态;岸坡位移及应力集中主要分布于卸荷裂隙带范围内;桥墩基槽开挖可能导致基坑后壁局部失稳。最终,根据稳定性分析结果提出相应支护建议,以达到保证桥址岸坡稳定的目的。     

黄河流域径流情势区域变化特征分析

针对黄河流域径流情势的区域差异性,采用Mann-Kendall法检测1960-2015年黄河源头和上、中、下游重点控制站点的径流情势指标的变化趋势,并采用变化范围法(RVA)评估其综合变化程度。结果表明:除源区黄河沿站外,源区唐乃亥站和上、中、下游各站点的大部分径流情势指标的变化为下降趋势,尤其是汛期大部分月份的径流量、高流量及其历时显著减少,另外上、中、下游各站点的年最大径流量也都显著减少;部分径流指标存在一定的区域差异性,如源区黄河沿站6、9月径流量和最大径流量显著增加、上游年最小径流量出现时间有所推迟、中游高流量频率显著减少,最大径流量的出现时间显著移前、下游几乎所有月份的径流量均显著减少,最大径流量的时序显著前移等;从综合变化程度来看,流域各站点的径流情势发生了全面改变,整体改变度在中度及以上,其中频率和历时的改变度最大。利津站的改变度最大,龙门站次之。     

黄河干流生态流量赤字及其成因

为准确核算和评估黄河生态流量,以黄河干流吉迈、唐乃亥、贵德、兰州、石嘴山、龙门、花园口和利津为研究对象,运用6种水文学方法分析生态流量过程,评估1956-2013年各断面生态流量赤字及其成因。研究表明:生态流量核算对方法选择较为敏感,其中Q90_Q50法的计算结果远高于其他5种方法;黄河干流8个断面的生态流量为(47±9)、(273±59)、(273±53)、(456±103)、(433±94)、(473±124)、(639±172)和(727±160)m~3/s,占天然径流量的36%～43%,其中5-11月占全年生态流量的70%～77%;在过去近60年,1985-2003年是黄河干流存在生态流量赤字最为严重的时期,吉迈、唐乃亥、贵德和兰州断面的生态流量赤字主要发生在枯水期,而石嘴山、龙门和花园口断面主要发生在丰水期,利津断面集中在上半年;人类耗水是造成生态流量赤字的最重要的原因,其次为气候变化。未来要加强用不同方法全面评估黄河干流、支流的生态流量,推动"精准"节水,完善水量调度方案,最大程度地减少生态流量赤字风险。     

黄河下游挖河减淤效果影响因素的试验研究

作者首先对挖槽减淤效果进行了定义，并根据分析，挖槽效果的影响因素主要包括挖槽尺度和水沙条件等两个方面，从概化模型的试验结果可以看出，当挖槽断面的河相关系B/H处于5～8之间、挖槽长度约为10km时，黄河下游弯曲河段的疏浚挖槽减淤效果相对较好；对于一定的挖槽尺寸而言，挖槽减淤效果随来沙系数的增加而迅速减小，当来沙系数小于0.025时，挖槽效果比较明显，当来沙系数大于0.05时，挖槽效果基本消失。此外，在概化试验的基础上，提出了挖槽溯源冲刷长度等参数的经验公式，并结合理论分析，提出了初步估算疏浚挖槽减淤效果的方法。