河道整治工程适应性及其二维有限元数值初步计算分析

采用二维非恒定水流泥沙有限元数学模型，研究了某多沙大河下游宽浅游荡型河段现有控导工程对水沙条件的适应性，通过对冲淤，水位，流速大小等值线，流场分析，河势以及水流平面形态等物理量的分析表明，在水沙条件的水沙系列下本段河道以冲刷为主，多数按规则治导线布设的工程发挥了护滩和控制主流和河势的作用，有些控制效果差，要完全控制河势尚需对控导工程布设进一步深入研究。     

长江神背嘴滩险成因分析与整治技术

神背嘴滩险是长江泸渝段著名的卵石浅险滩.滩段汛期放宽、枯期分汊,左槽弯窄,右槽顺直宽浅.1990年曾进行左槽整治,但整治后航槽淤浅.采取物理模型试验和船模试验相结合的方法,进行了碍航成因分析和方案比较试验.模型试验结果表明,左槽尺度难以满足通航要求,可以考虑开辟直槽;右槽推荐采用疏浚右汊、束水攻沙、调整汉道分流比的整治方案.实施右槽整治方案后取得了良好的整治效果.     

湘江营田滩河段2 000 t级航道整治工程效果数值模拟

营田滩位于湘江濠河口至城陵矶河段,为洞庭湖区洪道,具有典型的河湖两相性,浅滩演变规律复杂。近年来本滩段的采砂活动日益增多,对河床的边界破坏很大,通航水流条件受到影响。在湘江2 000 t级航道建设一期工程中,需采取相应的整治措施,以提升航道等级,满足规划要求。针对营田滩河段的具体碍航特性,提出了相应的整治措施,采用平面二维水流数学模型,对整治效果进行了分析论证。结果表明:设计方案满足航道整治规划要求,右汊方案中洪水期航道水流条件不受上、下挖口入汇水流的影响,又有利于地方经济发展,建议右汊方案作为整治工程的推荐方案。     

山区弯曲航道整治技术分析

在我国,弯曲航道是一种常见的平面形态。由于受弯道形态与地形的影响,弯道处水流条件复杂,流态恶劣,对船舶航行极为不利,是航道整治的重要内容之一。根据河道平面形态和水流特征将弯曲航道划分为单一弯道、连续型弯道、弯曲分汊型弯道3种主要类型。在分析弯道水流特性基础上,指出各类弯曲航道的碍航特点,并进一步以金沙江和尚岩滩、乌江汉口滩典型工程为例提出各类弯道的整治方法和主要工程措施,为今后研究类似工程提供了技术参考。     

黄河下游游荡性河道双岸整治方案研究

作者针对黄河下游游荡性河槽极为宽浅，河床极不稳定，目前的河道整治宽度过大，不利于洪水期控导河势与河床的集中冲刷，必须双岸同时整治，缩窄河宽；从有利于排洪输沙需求出发，应按洪水较顺直河势，因地制宜，因势利导的原则规划流路。两岸同时整治后，在小浪底水库下泄清水冲刷期，可控制滩地坍塌、河槽展宽，使冲刷向纵深方向发展，有利于使河槽过流能力迅速增大。为水库泥沙多年调节排沙期利用洪水集中排沙入海创造条件，使近期作用与远期整治效果紧密结合。形成窄深、归顺 、稳定、且有窄槽宽滩的输水输沙通道。     

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。     

再论黄河下游游荡性河道双向整治方案

从小浪底水库运用后河道整治面临的新问题:研究了宽河固堤(微弯整治)、窄河固堤与双岸整治形成的特定的历史背景,其整治目的与要求有所不同。微弯整治是在防洪抢险整治基础上演变的,使河道的游荡范围有所减小,防洪安全性有所提高。但微弯整治在下游游荡性河道极为宽浅,多条流路中选择一条典型流路作为规划治导线,通过人工造弯,试图形成人工控制的弯曲性河流,具有一定的盲目性;窄河固堤的思想是在新的历史条件下,从社会发展,经济效益等多方面分析后提出的;双向整治是基于对黄河窄深河道泄洪输沙能力、过洪机理,淤滩刷槽之间没有联系的认识基础上提出的。小浪底水库泥沙多年调节,优化了来水来沙条件,通过黄河实测资料分析与动床模型试验证明双向整治对游荡河道治理有效,是形成窄深河槽,稳定主槽,保证防洪安全与提高河道的输沙能力所必须。为充分利用洪水,长距离输沙入海,实现下游主槽不淤高的目标提供了可能。     

考虑河岸冲刷的弯曲河道水流及河床变形的数值模拟

本文将正交曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型和粘性河岸的冲刷模型结合，用于模拟弯道内的水流运动、悬移质泥沙的输移、河床的纵向及横向变形.用水槽试验资料验证了本文提出的水流模型，结果表明流速分布、水位等计算结果与实测值相当符合.应用建立的水沙数学模型以及河岸冲刷模型，模拟了一概化弯道在持续清水冲刷下的主流线位置、断面形态、主槽比降的变化过程，模拟结果符合弯道演变规律.     

弯曲复式河道水流特性数值模拟研究

为了解二维、三维模型在弯曲复式河道水流数值模拟中的应用情况,利用物理模型试验数据验证二维模型的计算结果,并对断面水面线进行了分析。可以看出,二维数模不适用于弯道水流的局部模拟,而适用于宏观水流流动的模拟。采用三维模型分析了弯曲复式河道中的二次流现象,结果表明,三维数模对于弯道水流的二次流、垂线流速分布模拟效果比较理想,可以得到弯曲河道水流运动的基本规律。     

汉江河口段航道整治工程效果与影响的计算分析

汉江河口段航道整治工程以疏浚、清障为主,辅以必要的护岸、护滩、填挖槽等工程措施,本文采用河道演变分析和一、二维水流数学模型计算,研究了该航道整治工程的效果及其对河道行洪的影响,并优化了工程方案.研究表明:(1)丹江口水库自1968年正式蓄水以来,汉江河口段河道总体冲刷下切,年内洪淤枯冲;影响河道演变的主要因素有:丹江口水库、长江与汉江顶托和天然节点与人工护岸等.(2)航道整治工程实施后.汉江河口段上段流速趋于减小,下段流速趋于增加;河道流速分布趋于均化.(3)航道整治工程对河道行洪的影响有限,最大洪水壅高9.4cm,优化方案的最大洪水壅高7.0cm.     

黄河上游干流水库调节水沙对宁蒙河道的影响

黄河上游干流大型水库投入运用后，在带来了巨大的发电、防洪、灌溉和防凌效益的同时，也给枢纽下游冲积性河道的演变带来了一些负面的影响。本文主要对水库运用前后黄河上游宁蒙河道水沙条件的变化和河道冲淤演变进行分析研究，给出了头道拐站输沙能力与流量问的量化关系。在分析泥沙输移规律和宁蒙河道淤积成因的基础上，计算了龙羊峡和刘家峡水库调节水沙对宁蒙河道的影响。初步计算分析了内蒙河道维持目前过洪现状及恢复到2000m^3／s平滩流量条件下所需要的水量。该研究对西线调水和水库运用具有指导作用。     

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.     

黄河下游河道渠化治理

黄河下游河道,尤其是游荡性河段的治理一直是一个有争议的问题。作者提出黄河下游河道渠化治理方案。即依托现有的大堤,利用混凝土四面六边透水框架群这一新型河道整治工程技术,在两大堤之间整治出一条稳定的渠化河槽,形成窄槽宽滩复式断面。文中对渠化治理的可行性及渠化设计流量、设计河宽、治导线等参数进行了分析,为渠化治理提供科学依据。     

黄河防凌与调度

黄河流域冬季由于受来自西伯利亚季风的影响，气候干燥寒冷，降雨稀少，流量较小，许多河段都要结冰封河，在气温、流量及河道特征等因素的综合作用下会造成冰凌洪水灾害。通过对上、中、下游凌情的分析，提出利用水库控制泄流减轻或避免凌汛灾害。     

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。     

黄河山东段近期重点河段河势演变与河道整治

简述1986-2005年黄河下游来水来沙及河道冲淤概况 选择4处重点河段,即：东坝头至新店集、南小堤上延至连山寺、苏阁至伟庄、义和庄至清2断面河段,述明其河势演变特点、基本规律、整治前存在的主要问题、整治工程建设与整治效果 阐明黄河下游河道整治基本经验、当前还存在的问题以及调水调沙与河势变化的关系。     

黄河上游梯级水库联合调水调沙及合理库容研究

随着对黄河水资源利用要求的提高,需明确未来调水调沙及南水北调西线工程对黄河上游梯级水库所需库容的影响,探求未来多工况用水要求下合理的梯级水库兴利库容。考虑黄河上游兰州断面需水、梯级水库发电、调水调沙、防洪、防凌等要求,首先建立了以缺水量最小为目标的梯级水库联合调度模型,设置了现状年及远景年共8个方案;其次采用自迭代模拟优化算法求解模型,用长系列径流资料进行优化调度计算;最后对模型求解结果采用时历法推求梯级水库所需兴利库容,确定梯级水库合理库容。从总调沙次数、调沙频率、多年供水量、供水保证率、多年平均发电量、发电保证率等指标分别量化了调水调沙、供水和发电效益。未来梯级水库所需合理库容将因综合需水和调沙次数的增加而增大,而西线工程的实施将有助于减小合理库容规模。在各调沙方案中,仅当2030年西线调水80亿m3时现有的梯级水库兴利库容能够满足综合用水需求,适当降低调沙力度与调沙频率或许是解决这一矛盾的折衷选择。研究成果量化了未来新水资源利用形势下的梯级水库合理库容,为科学指导黄河上游总体工程布局提供了决策依据。     

黄河河口治理措施分析

黄河口治理具有长期性和复杂性，探求不同治理措施条件下尾闾河段冲淤规律是十分必要的。根据原型资料和模型试验结果，分析了清水沟改道和清8改汊对河口淤积延伸的影响，探讨了河口段挖河疏浚对尾闾河段水位、河床冲淤变化的影响。认为黄河河口采取有计划的改汊和长期挖河疏浚，可延长河口现行流路行河的年限。但从长期看，河口段较大规模的改道是不可避免的。     

黄河上游降水变化分析

黄河上游是黄河流域重要的水源涵养区,径流占流域多年平均(1956—2000年)总径流的62%,降水变化不仅是水源的主要影响因素,也关系到涵养能力的变化。本文利用黄河上游43个气象站1960—2021年逐日降水系列数据,基于小波分析划分周期,采用Mann-Kendall检验法、距平法、频率曲线法等对上游区降水变化进行分析,结果表明：(1)黄河上游降水可划分出1963—1981年、1981—1999年、1999—2018年三个明显的周期;(2)1960—2021年年降水量以4.9 mm/10a的趋势增加,三个周期时段内年降水量的倾向率分别为-0.9 mm/10a,-1.0 mm/10a,46mm/10a;(3)1960—2021年年降水量距平百分率在-15%～15%的正常年份占比74%,距平百分率在-30%～-15%的轻旱年份和15%～30%的轻涝年份分别占比15%和8%;距平百分率在30%～40%的中涝年份占3%,旱涝年份基本发生在1963—1981年、1999—2018年两个周期;(4)三个周期时段日降水量具有差异的主要是频率小于10%的降水,且随海拔变化有差异,表现为1999—2018年玛沁站25～45.4 mm/d降水量比以往增强,1999—2018年临夏站20～50 mm/d降水量比以往增强,1963—1981年乌审召站50～65 mm/d降水量比以往增强。