河道平面二维泥沙数学模型研究与验证

 本文所建立的河道平面二维非均匀不饱和悬移质输移数学模型及计算模式,侧重于模拟长系列水沙过程中的河床变形。该模型实现了从基本资料输入到成果整理及绘图由计算机自动处理,并用汉江丹江口水库油房沟河段1977～1990年的资料,对模型进行了全面验证,在河段冲淤过程、冲淤量及冲淤分布、断面形态等方面符合较好。     

有浮泥水域的平面二维泥沙数学模型研究

近底泥沙存在底沙和悬沙的频繁交换,数学模型难以精确模拟,浮泥的发育更使近底泥沙边界条件趋于复杂,一个有效的平面二维泥沙数学模型需要正确处理挟沙力、起动流速、泥沙沉速等泥沙参数,本文应用罗肇森对浮泥研究得到的理论和经验公式,成功模拟了椒江口和灵江河段的潮流运动及水体含沙量分布特征,合理预测了水下地形的冲淤变化特点,对有浮泥发育的河口及近海水沙模拟研究作了有益的探索。     

黄河水库－维泥沙数学模型的初步研究

根据黄河中下游的水沙特点和水库泥沙的冲淤规律，建立了黄河水库－维泥沙冲淤数学模型。模型在动床阻力、水流挟沙力、冲淤量的横向分配以及水流、泥沙控制方程的离散、求解等方面进行了探讨，用三门峡水库漳关以下库区１９７４～１９８８年的实测水沙系列对模型进行了验证计算，结果表明，模型在冲淤总量、冲淤过程以及纵向冲淤分布等方面计算值与实测值均符合良好。应用模型计算三门峡水库在四种不同运用方案下库区的冲淤情况，计算结果基本合理。     

长江下游大通一镇江河道干流水流挟沙力公式

水流挟沙力是河流河道的重要特征，通过对长江下游大通一镇江河道干流断面大量水文泥沙资料的分析和验算，采用拐点法区分床沙质和冲泻质泥沙分界粒径，并以|△h|△T|≤0．1m／d作为判别能量相对平衡的指标，根据能量平衡原理引用S=K(V^3/ghω)^m基本模式，建立起实用于长江下游大通一镇江河道干流以及大通、马鞍山、南京、镇江等断面的水流挟沙力经验公式。该公式可供长江下游河道河床变形计算时参考。     

河道平面二维泥沙数学模型研究

本文对平面二维泥沙数学模型进行了较系统的研究,建立了计算量及贮存量较小的平面二维泥沙数学模型,考虑了平面二维阻力、挟沙力、分组挟沙力等问题。发展了一种计算量及贮存量较小的且适合不规则河道边界的数值计算方法。用川江臭盐碛河段的实测资料对所建模型进行了验证,果结表明在流速分布、含沙量分布、回流变化及河床型态等方面符合良好。     

基于紊流模型的一个悬移质挟沙力公式

基于紊流模型，建立悬移质消耗的紊动动能与水流功率之间的相关关系，提出了一个新的悬移质挟沙力公式。公式经过实验资料与野外资料的验证，并与几个同类公式的比较，结果表明本文公式能更好的反应悬移质挟沙力随水流功率的变化。     

河道平面二维水沙数学模型的有限元方法

作者采用有限元方法建立起一套河道平面二维水流泥沙数学模型。在前人研究的基础上 ,采用了质量集中的处理方法 ,提出了压缩存储的方法 ,从而大大减少了计算存储量。针对有限元法时间步长需取得较短问题 ,采用了“预报 校正 迭代”的算法 ,提出了“非恒定 恒定 非恒定流”的算法 ,既能解决工程实际问题 ,又大大减少了计算量。作者以下荆江监利河段为例进行泥沙冲淤计算 ,计算结果与实测值符合较好 ,从而证明了模型的可靠性     

黄河下游平面二维非恒定输沙数学模型:II-模型验证

采用黄河下游1982年洪水资料，选取花园口至夹河滩河段为计算区域，对所建模型进行了验证计算，结果表明本模型计算的洪峰传播过程，水位变化过程及含沙量变化过程等均与实测结果接近，流速场、主流线等也较符合实际。从而证明了所建立起的平面二维非恒定输沙数学模型与相应的数值计算方法能够模拟黄河下游河道水沙演进过程及河床冲淤变形规律。     

黄河下游平面二维非恒定输沙数学模型：Ⅰ—模型方程与数值方法

黄河下游冲淤变形剧烈，其平面二维泥沙数学模型的研究与开发是一个极其复杂的难题，在学术与工程实践上都具有重要意义。本文构建起具有通用性的黄河下游平面二维非恒定输沙数学模型。在该模型中：采用修正的河床变形方程；克服了以往数学模型计算中取饱和恢复系数小于1的缺陷；引入了符合黄河下游河道水沙特点的水流挟沙力和河床糙率计算等公式。在数值方法上：采用边界拟合坐标，对水流连续性方程与动量方程采用交错网格上的ADI方法进行离散求解，对泥沙连续性方程则采用控制容积法进行离散。     

长江下游大通-镇江河道干流水流挟沙力公式

水流挟沙力是河流河道的重要特征,通过对长江下游大通-镇江河道干流断面大量水文泥沙资料的分析和验算,采用拐点法区分床沙质和冲泻质泥沙分界粒径,并以|Δh/ΔT|≤0.1 m/d作为判别能量相对平衡的指标,根据能量平衡原理引用S=K(V3/ghω)m基本模式,建立起实用于长江下游大通-镇江河道干流以及大通、马鞍山、南京、镇江等断面的水流挟沙力经验公式.该公式可供长江下游河道河床变形计算时参考.     

长江口二维非均匀悬沙数值模拟

针对长江口水流泥沙运动的特点建立了非均匀悬沙的平面二维数值模型。在模型中考虑了波浪对流场的影响和对水流挟沙力的影响 ,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。悬沙模型建立在曲线坐标下 ,悬沙输运方程采用破开算子的方法求解 ,平流项采用UltimateQuickest格式求解 ,提高了计算的精度。通过实测资料对数学模型计算的悬沙含量进行检验 ,表明它较好地反应了长江口地区泥沙的运动规律     

Application of 2-D sediment model to fluctuating backwater area of Yangtze River

Based on the characteristics of backflow,a two-dimensional mathematical model of sediment movement was established.The complexity of the watercourse boundary at the confluence of the main stream and the tributary was dealt with using a boundary-fitting orthogonal coordinate system.The basic equation of the two-dimensional total sediment load model,the numerical calculation format,and key problems associated with using the orthogonal curvilinear coordinate system were discussed.Water and sediment flow in the Chongqing reach of the Yangtze River were simulated.The calculated water level,flow velocity distribution,amount of silting and scouring,and alluvial distribution are found to be in agreement with the measured data,which indicates that the numerical model and calculation method are reasonable.The model can be used for calculation of flow in a relatively complicated river network.     

全沙数学模型研究

本文通过对推移质的运动形式、运动规律、运动能源、造床方式及初始边界条件的分析，提出了一个推移质和悬移质同时参加造床时的处理方法。依据此法建立了一个全沙数学模型，经资料验证，结果与原型吻合良好。     

感潮河段悬沙数学模型——以长江口为例

感潮河段的水流、泥沙运动有其独特的性质。本文针对其特点 ,水流的挟沙力由水动力因素、泥沙因素共同决定 ,以此建立非均匀悬沙的二维数学模式。模式用于模拟长江口感潮河段的悬沙含量的分布和变化 ,计算的结果与 1996年 9月实测资料拟合的较好 ,并在此基础上分析了感潮河段流速、含沙量与水流挟沙力的确定之间的关系。     

三维水流河床变形数学模型

本文针对三维水流所具有的紊动各向异性，不规则边界及自由表面和动床问题。采用修正的Ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程作为紊流控制方程；引入通度概念处理不规则边界；引用ＶＯＦ法追踪自由表面；根据冲刷过程的物理特性推得冲刷坑的发展规律并用前人公式及试验资料验证。最后，作为例子就南水北调中线方案名河渡槽河段的流场和河床变形进行数值模拟，给出了一些工程上有用的结果。     

A VERTICAL 2-D NUMERICAL SIMULATION OF SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT

Numerical simulation of sediment transport and bed evolution has become an important technique in the sediment research. In this article,a numerical model of suspended sediment transport was proposed,which was established in the vertical σ coordinate for fitting the free surface and bottom. In the research of the sediment transport,the predominant factors were found to be the eddy diffusion,the settling velocity,the bed condition and so on. By the aid of the model in the article,the contribution of the Rouse parameter to the vertical profile of sediment concentration was clarified,which was identical to the theoretical results. In the comparison of the numerical results with laboratory data,the agreement between experimental data and numerical results was reached except for some data. And the possible reasons for the disagreement were discussed.     

河道二维水沙数学模型及流场动态显示初探

作者简述了正交贴体坐标系下河道二维水沙数学模型的基本方程、边界条件、动边界技术及数值计算方法，应用北江下游水流及河床变形资料对模型进行了验证；采用Visual Basic5．0进行了流场动态显示的初步探讨。此外，讨论了设计依据及存在的问题。     

一,二维连接的河口冲淤数模

在河口，河流动力和海洋动力相互作用，动力因素极为复杂。对于多沙河口，其冲淤演变规律更为复杂，河口的范围包括河口段河道，入海口及口外邻近海域。本建立的适用于河口三部分水域的一、二维连续的冲淤数学模型，其中上能反映多沙河口冲淤演变频繁的现象。通过数模计算探讨了黄河口入海水沙与潮流、风吹流及波浪相互作用下的输沙规律，并实际计算了黄河口的冲淤地形及规划方案中各条流路河口的淤积范围等。