无黏性沙质床面上冲积河湾形成和演变规律自然模型试验研究

采用无黏性中粗沙进行河流演变的自然模型试验,通过调整流量、初始河道形态等在室内模型河流中进行河湾塑造的尝试,分析冲积河流河道展宽规律,另外对典型河湾的演变规律进行试验研究。研究表明,河道的横向稳定性是河湾发育的重要条件,试验中泥沙抗冲能力的低弱使得河岸的稳定性难以保持,致使河流向分汉、游荡和辫状河型的方向发展;河岸后退的方式不但与河岸土体抗冲能力有关,而且与当地河道水动力特性和河岸坡降等因素有关;河道展宽速率反映了河流断面与水流条件不相协调的程度,随时间呈指数下降趋势,河流横断面演变所需的时间尺度远小于横向摆动所需的时间尺度;典型的河湾形态以局部扰动引起河岸失稳的方式横向发展。     

弯曲河道中水流运动的三维数值模拟

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型,用室内物理模型试验进行验证,结果表明,该模型能够较好地模拟弯道内水流流速分布以及湍流特征。随后用该模型模拟了若干典型平面形态和床面形态的弯道水流运动。模拟结果表明:弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性,同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸,流速的沿程变化也较平整床面更为复杂;另外,与对称型河湾(正弦派生曲线型)相比,非对称河湾(Kinoshita派生曲线型)中在两弯顶中间存在较多的低流速区,有利于泥沙落淤,而对岸流速一般较大,形成河岸的快速崩退,这能够从一个侧面解释非对称河湾向下游方向整体的快速迁移。     

天然河弯水流动力轴线的研究

本文主要内容为: 1、扼要叙述了河湾水流动力轴线的变化,以及根据其主要影响因素通过相关分析,提出的适合于荆江河段的河弯水流动力轴线弯曲半径的表达式 2、为了探索河弯段流速沿河宽变化的表达形式,本文从动量定律出发,建立以极坐标表示的河弯水流运动方程,推导出河弯水流垂线平均流速公式 3、根据水流动力轴线的定义和推导出的平均流速公式,得出河弯水流动力轴线弯曲半径的理论公式 4、根据河弯水流主流顶冲部位附近的水流特性分析,提出了河弯主流顶冲部位的表达式 上述公式均获得与野外河弯水流实测成果基本吻合的计算成果。     

水流泥沙进入平原初期河槽形成发展规律的试验研究

采用模型沙进行水槽概化试验,研究水流泥沙从山区进入平原初期的河槽形成发展过程.经过434h的试验历时,将试验段分成三部分:0~2m的上段,2~10m的中段和10~15m的下段,并重点对原始基床上淤积体形成发展规律、河道形态演变过程及河槽塑造成因三方面进行研究,得到如下认识:淤积体在上段先纵向推进,后慢慢横向展宽,最后淤积抬高形成稳定河漫滩;中段随河槽主流向下游周期摆动,两岸淤积体前缘沿流程方向以1m间距周期发展,且形成明显的滩槽;下段弯道河槽处发生凹岸撇弯和凸岸切滩现象,主流袭夺新道,使河床表面淤积体趋于同步发展;不同试验历时下的各段断面形态表明河床整体淤积抬高发展.河道形态演变过程经历:分汊河道、单一微弯河道和蜿蜒状河道三个阶段,最终形成蜿蜒状河道,并分析出各阶段的形成原因.最后从床沙因素和边界条件对河槽塑造成因进行分析.     

滦河迁西县城段综合整治模型试验研究

为研究迁西县城段整治工程实施后滦河的水位、流速及河床冲淤情况进行了动床模型试验,并用数学模型计算结果来检验模型的合理性.通过对试验结果的分析,指出规划右堤应加高的位置、堤脚防护的位置,并对栖凤岛和1号堰的改进提出建议.     

急弯段闸孔出流的弯道水流特性研究

在河弯处修建水工建筑物时,研究弯道水流特性对水工建筑物布置的影响十分重要。采用RNCκ-ε紊流模型对急弯段闸孔出流的弯道水流进行了三维数值模拟。通过模拟计算,比较分析了急弯段不同闸位、不同流量条件下闸孔过流时的流速分布、紊流动能、压强分布和环流等相关水流特性与变化规律。分析研究结果表明,闸坝位于弯道上游时,弯道对闸坝过流的影响最小,但需对闸坝下流弯道凸岸岸坡附近区域采取一定的防护措施;闸坝布置在弯道中游时,过闸水流受弯道的影响最小,闸室水流的稳定性、闸门的工作安全以及闸墩的空蚀破坏都是实际工程中需要注意的重点。数值模拟验证与物理模型试验结果吻合较好,计算精度较高,能够满足相关计算研究要求。     

The effect of a local mesh refinement on hydraulic modelling of river meanders

Large-scale river models are generally discretized by relatively large mesh cells resulting in bathymetry discretization errors and numerical effects. These hydraulic models are generally calibrated by altering the bed roughness to compensate for these errors and effects. Consequently, the calibrated roughness values are mesh-dependent while generally local mesh refinements are executed after model calibration to study the effects of river interventions. This study shows both the errors caused by bathymetry discretization and numerical effects for locally refined meshes. First, schematised river meanders with a flat bed in the transverse flow direction are analysed to isolate the induced numerical effects by the mesh. Afterwards, a case study is considered to verify if similar mesh influences are found in natural river meanders. Curvilinear, triangular and hybrid (combination of curvilinear and triangular cells) meshes are used with different resolutions. The analysis shows that in the schematised river meanders lower depth-averaged flow velocities and larger water depths are simulated with coarser meshes. In the case study, substantial differences in hydrodynamics between the meshes are obtained suggesting that the bathymetry discretization is more influential than the numerical effects. Finally, it was found that triangular meshes, and rivers with narrow meander bends, are most sensitive to mesh resolution. Especially in these cases, it is desirable to refine the mesh at the desired locations before model calibration.     

排沙漏斗的水流特性试验研究及其工程应用

根据排沙漏斗模型试验资料，通过对比分析排沙漏斗清、浑水流场特性，初步探明了排沙漏斗的水流结构和输沙机理。同时，排沙漏斗的原型观测和实际应用表明，排沙漏斗的实际工程应用是成功的，与曲线沉沙池和厢形沉沙池等传统工程措施相比，它具有截沙率高、排沙耗水量小、造价低等特点。     

平原河网水动力模型及求解方法探讨

参考国内外有关资料 ,根据河网非恒定流水动力模型的控制方程组和汊点衔接条件 ,建立平原河网水动力节点 河道模型。介绍用特征线法 ,有限体积法和有限差分法中的直接解法、分级解法、汊点分组解法、矩阵标识法、非线性方法等求解的基本思路。对比单元划分模型、混合模型以及人工神经网络模型等平原河网水动力模型 ,分析各个模型的优缺点 ,结果表明 ,节点 河道模型原则上可以求解任何水网的水力参数 ,单元划分模型仅适用于河道流速时空变化不大的情况 ,人工神经网络模型的验证比较困难。指出改进和设计计算方法、应用向量运算和并行算法、数值模拟可视化、数值计算模型软件化是河网数值模拟的主要发展方向     

河流弯道水流特点与冲刷深度探讨

根据河流弯道水流的特点,对弯道水流的冲刷机理和冲刷深度进行了分析与探讨,并给出了国外学者计算弯道水流冲刷深度的几种方法.     

河流自然模型试验时效的研究

在概述河流自然模型试验定义和前人众多试验研究的基础上,讨论了试验时间的确定对河流自然模型试验的意义。结合对概化水槽试验的分析,论述了河流自然模型试验时效的定义、实质及其影响因素,初步得出试验时效与河床组成、河谷比降以及流量的关系,并提出时效的判定指标。通过相似理论以及河段裁弯概化模型试验与天然河流的对比,对其合理性进行了初步验证。最后,引入“空代时”假说,分析了该假说在时效验证中的可行性。     

一维不恒定流河网数学模型研究与应用

河道中洪水数值模拟主要用求解描述洪水波运动的圣维南方程组,依数值计算解法不同而产生了不同的模型．在海河流域大清河北支及中下游河道洪水数值模拟的实际工作中,应用了一维河网模型进行洪水的模拟计算,并根据实际情况加入了蓄滞洪区调度、泄洪闸控制调度以及近年来北方河道入渗的特点等条件,计算效果良好．现对模型的理论基础和解法以及实际应用经验作一简述。