挟沙水流浓度脉动特性研究

挟沙水流的速度脉动导致了泥沙浓度的脉动 ,文章利用MicroADV超声流速仪信号强度与泥沙浓度之间的关系 ,观测了挟沙水流浓度的脉动特征 ,对浓度脉动信号采用小波分解 ,对比分析了挟沙水流速度脉动与浓度脉动之间的关系 .结果表明 ,无论从微观结构 ,还是外在特征 ,挟沙水流速度脉动与浓度脉动之间存在着内在联系     

平面二维挟沙力公式系数的确定

水流挟沙能力反映了运动水体所能挟带泥沙的最大能力,确定水流挟沙力公式对于泥沙数学模型的发展具有重要意义,而关键是其系数的最佳确定.通常挟沙力公式在实际应用时都要用实测资料对系数进行率定,对李义天的平面二维挟沙力公式,利用最小二乘法与灰色关联度相结合对其系数进行确定.     

水库坝区冲刷漏斗的形成机理

为阐明水库冲刷漏斗的形成机理,开展坝区泥沙淤积的三维数值模拟研究.三维水沙数学模型使用平面非结构、垂向sigma网格和θ半隐、欧拉-拉格朗日追踪等数值方法,具有良好的复杂边界适应能力和计算稳定性.根据一、三维数学模型对比计算分析,确定三维数学模型的参数;在此基础上,采用三维数学模型模拟完整的水库坝区泥沙淤积过程.模拟Karot水库坝区20a的泥沙输移与淤积过程,得到了坝区水沙因子和河床冲於分布.结果表明:水库中泥沙主要沿着主流通道输运和淤积,与此同时,在该通道两侧、出流孔前平面环流的作用下折射挟沙水流形成集中淤积;随着水库运行年限增加,库区的高滩深槽逐步向水库出口推进,在坝区两侧集中淤积体之间、出流孔口前逐渐形成冲刷漏斗.     

珠江南河道平面二维非恒定流水沙数值模拟

基于贴体正交曲线坐标系下沿水深积分的平面二维非恒定水沙数学模型对珠江南河道水沙运动和泥沙冲淤进行了数值模拟,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响,针对河口泥沙双向交换的特点,对泥沙冲淤函数φ作了改进,对挟沙力级配公式进行了调整,改进了现有模型,并利用河段实测水文资料及原型观测数据对模型进行验证,结果表明,模型计算的沿程水位、流速分布和泥沙输移以及河床冲淤演变与资料符合较好。     

水库下游非均匀沙恢复饱和系数特性

泥沙恢复饱和系数是泥沙数学模型中一个非常重要的参数,其取值合理与否将直接关系到利用泥沙数学模型进行河床演变及相关研究的成败.基于三峡水库蓄水后长江中游荆江河段的实测水沙资料,以本河段三峡水库蓄水前多年平均输沙水平作为泥沙输移方程中的挟沙能力,对水库下游非均匀沙恢复饱和系数进行了率定与分析,并在总结其规律的同时从多个方面...     

河口泥沙数学模型的若干问题

针对泥沙数学模型作为预报河床冲淤的研究手段在进一步发展中受到有关物理参数的限制,分析了河口泥沙数学模型涉及的若干关键问题.从三维微分方程竖向积分角度分析认为恢复饱和系数理论上应大于1;指出泥沙非均匀系数、相对粒级以及泥沙固结对河口冲淤有一定影响,给出适用于河口非均匀黏性沙的任意k粒级的黏性力表达式、起动概率公式和临界起动切应力公式,探讨了临界淤积切应力表达式在处理细颗粒泥沙絮凝时的作用;认为根据最大或最小含沙量对应的水流泥沙要素来确定河口水流挟沙能力公式比以往按半潮平均来处理在理论上更为合理,提出适合潮汐河口的非恒定水流挟沙能力公式;指出数值计算和验证有待改进之处.     

河口泥沙数学模型的若干问题

针对泥沙数学模型作为预报河床冲淤的研究手段在进一步发展中受到有关物理参数的限制,分析河口泥沙数学模型涉及的若干关键问题.从三维微分方程竖向积分角度分析认为恢复饱和系数理论上应大于1;指出泥沙非均匀系数、相对粒级以及泥沙固结对河口冲淤有一定影响,给出适用于河口非均匀黏性沙的任意k粒级的黏性力表达式、起动概率公式和临界起动切应力公式,探讨临界淤积切应力表达式在处理细颗粒泥沙絮凝时的作用;认为根据最大或最小含沙量对应的水流泥沙要素来确定河口水流挟沙能力公式比以往按半潮平均来处理在理论上更为合理,提出适合潮汐河口的非恒定水流挟沙能力公式;指出数值计算和验证有待改进之处.     

平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分 ,应用破开算子原理 ,建立了平面二维非均匀沙水流泥沙数学模型 ,并使用了平面二维非均匀沙水流挟沙力公式 .着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量、河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析 ,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程 .数值实验表明 ,该方法边界符合良好 ,计算量小 ,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律     

河网调水减淤模型的建立与模拟

为突出体现河网泥沙输运过程中的自调节特点,基于河网思想并结合水沙动力学,建立了能够反映河道冲淤变化和水流挟沙能力间的反馈调节作用的水沙调节模型.通过数值模拟,计算了不同峰型控制下河段的输沙效率.结果表明,排沙效率从高到低依次为无峰控制、间歇控制和抛物线控制;洪峰个数相同条件下,流量涨落时步比在7:3附近时,可以达到较好的输沙效率.     

挡潮闸下游河道冲淤的数值模拟

就挡潮闸下游河道水沙运动建立了一维水沙数学模型,采用Preissmann四点隐式差分格式离散非恒定水流方程,追赶法求解,并结合有限分析法思想离散求解悬移质泥沙方程.水流方程中,上游边界条件通过闸门的开度来控制.泥沙方程中,考虑床沙粒径变化并对床沙级配进行了调整.应用该模型对姚江陶家路闸闸下河道的水位、含沙量和河床变形进行了计算和验证.验证结果显示,水位与实测吻合,含沙量与实测增长趋势一致,河床断面反映了断面的基本变化,冲淤量与实测资料比较相符.表明该模型对挡潮闸闸门控制及闸下河床变形估算具有一定的指导意义.     

黄河“02.9”洪水期下游引水对河道冲淤的影响

在系统分析黄河小浪底水库2002年9月异重流小流量排沙期水沙演进、河床冲淤与沿程引水引沙情况的基础上,采用非恒定流准二维水沙数学模型,计算分析了下游沿程引水对河道演变的影响.计算结果表明,虽然异重流排出的悬沙组成很细,但由于流量不大,水流仍处于超饱和输沙状态;洪水期两岸的引水量占水库下泄水量的比例很大,大量泥沙被引到堤外,与不引水相比较,河道淤积减少.     

水沙两相流ASM模型在浑水异重流计算中的应用及模型试验研究

挟沙水流与清水相遇时,由于前者的密度比后者大,在条件合适的时候,挟沙水流就会潜入清水底部继续向前流动,形成浑水异重流,是泥沙运动的一种特殊形式。本文基于水沙两相流理论,将含沙浑水作为一相均匀流体处理,引入相间滑移速度的概念,建立混合相连续方程、动量方程、第二相的体积分数方程和相间相对速度方程的ASM（Algebraic Slip Mixture）两相流模型,并耦合求解水动力学计算的标准k-ε方程组。本文还介绍了针对异重流研究设计的多相流试验水槽及模型试验方法,对ASM模型计算的结果进行试验验证并分析模型适用条件。结果表明：该模型可以对异重流潜入,前锋形态及推进速度进行有效模拟;对Re数大于2000及含沙量高于1kg/m3的异重流条件可以进行较精确的模拟。研究为深入了解水库、湖泊及河流入海口水沙异重流问题提供了新的途径。     

二维挟沙水流数学模型与地理信息系统的集成模型

通过对二维挟沙水流数学模型系统的详细分析,提出了二维挟沙水流模型与地理信息系统（ＧＩＳ）集成的数据集成模型及功能集成模型．     

考虑泥沙分选及床沙级配调整的二维数值模拟研究

在正交曲线坐标系下建立平面2维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型。在前人研究成果的基础上,通过修正泥沙模型中非均匀沙挟沙力公式以考虑泥沙分选影响;并根据近底床沙质量守恒方程计算床沙级配调整。利用seal水槽下游细化试验资料,对模型进行了验证,结果表明,本模型能够合理模拟水槽地形及其床面泥沙分布变化,反映试验水槽沿程细化的趋势,具有研究实际河道河床变形及床沙分布变化的潜力。     

山区河流河床形态与水沙变化下的水位响应机理研究

山区流域暴雨山洪、滑坡、泥石流等灾害频发,大量泥沙以不同方式进入河道,河床形态在极短时间内迅速调整。在宽窄相间河段水流输沙能力差异较大,展宽段常因挟沙能力的降低而淤高河床,致使水位陡增,引发洪水灾害。为探讨山区河流宽窄相间河段与泥沙补给变化下的水位变化致灾机理,以室内物理模型系列试验结果为依据,分析不同流量定床清水时河床形态参数与各水力参数的变化关系,以及泥沙补给变化对河床形态及水流参数的影响。试验表明：上游泥沙补给量及河床形态是影响水流流态、水位变化的重要因素;定床清水条件下,河宽与比降的局部急剧调整影响水流参数变化,水流对河床变化的响应具有滞后性;当上游有泥沙补给时,水深变化较清水来流明显;随着来沙量的增大,大量泥沙淤堵河道且呈现溯源淤积的趋势,并淤高河床;在淤积段顶端,水流发生水跃现象,水位陡增,甚至出现漫滩致灾。由此可见,上游来沙及水流挟沙能力的降低将引起河床不同程度的落淤,造成河床形态改变,特别是在宽窄相间河段泥沙易落淤,水位增幅较大,为洪灾泛滥区,应作为水沙灾害的重点防治区域。     

二维挟沙水流数学模型与地理信息系统的集成模型

通过对二维挟沙水流数学模型系统的详细分析,提出了二维挟沙水流模型与地理信息系统（ＧＩＳ）集成的数据集成模型及功能集成模型。     

考虑粘性泥沙运动的黄河口二维水沙输移数学模型

为研究黄河口的水沙输移规律,采用基于无结构三角网格下的有限体积法建立了平面二维水沙数学模型.模型中分别采用不同方法处理粘性和非粘性沙的输移源项,并引入经验证的粘性沙输移源项改进公式.采用已有的概化水槽冲淤试验资料对模型进行了验证,然后应用于1982年6月至1983年5月期间黄河口水沙输移的数值模拟,计算得到的潮位过程及冲淤量与实测资料符合较好,结果表明模型能够较好地模拟考虑粘性沙运动的黄河口非均匀沙不平衡输移.最后比较了不同泥沙输移源项处理方式对模拟结果的影响,计算表明在黄河口水沙输移数值模拟中需要采用非均匀沙模型并同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移.     

平面二维全沙数值模拟方法及其应用

采用有限体积法对正交曲线坐标系下的平面二维水沙微分方程进行了离散,建立了平面二维全沙数学模型.在一概化的单边突然扩宽河道中对河床冲淤过程中悬移质含沙量及其级配、推移质输沙率及其级配、床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,并模拟出了由河床冲刷引起的床沙粗化、抗冲层的形成过程以及河床淤积过程等泥沙特性的变化.数值计算结果表明,该模型在定性上能正确地模拟水流以及河床的冲刷、淤积过程.     

山区河流植被洲滩河段水沙运动特性试验研究

山区河流受水沙条件和河流形态影响,植被洲滩发育丰富,显著改变局部河段的水沙运动及其演变特征。基于室内洲滩模型自然生长植被的水沙试验,探讨了植被与泥沙补给对洲滩河段水流结构及冲淤变形的影响。试验结果表明：植被茎叶加大对水流扰动,减缓水流流速,上游补给泥沙在植被周围形成小型沙丘,以波状输移为主;大量来沙条件下,泥沙多落淤洲头及洲尾,促使洲滩的快速发育;淹没植被枯萎,茎叶凋落,加剧洲头及洲滩两侧坡脚冲刷;植被与上游来沙显著影响洲滩汊道分流特性,加沙和植被茎叶部分促使左汊分流比降低。因此,山区河流植被与上游泥沙补给调整洲滩汊道过流能力及发育过程,对植被洲滩河段的水沙运动产生较大影响。     

黄河“02．9”洪水期下游引水对河道冲淤的影响

在系统分析黄河小浪底水库2002年9月异重流小流量排沙期水沙演进、河床冲淤与沿程引水引沙情况的基础上,采用非恒定流准二维水沙数学模型,计算分析了下游沿程引水对河道演变的影响．计算结果表明,虽然异重流排出的悬沙组成很细,但由于流量不大,水流仍处于超饱和输沙状态;洪水期两岸的引水量占与水库下泄水量的比例很大,大量泥沙被引到堤外,与不引水相比较,河道淤积减少．