天然分汊河道平面二维水流泥沙数值模拟研究

基于无结构化网格,采用有限元方法,建立起一种适合于分汊河道的平面二维水沙数学模型,模型采用质量集中的简化处理和预估校正的时间推进算法,较好地解决有限元计算存储量和计算速度。并以武汉天兴洲汊道段为例,进行水沙验证计算,验证结果与实际符合较好,证明模型能较好地模拟天然分汊河道的水流泥沙运动及河床变形情况,因此可为分汊型河道的整治提供技术支持。     

分汊河道水沙输移特征试验

根据分流河道的水沙特性,对现有的水沙输移计算模式进行了分类,总结了分汊河道分流分沙计算模式在国内外研究发展的现状,并进行了简要的分析评论,继而通过水槽试验对分汊河道整体水流结构和底沙输移演化特征进行了初步的探讨.试验结果表明:在汊道洲头和洲尾的局部范围内流速减小较明显,洲尾处出现水流分离区且左右两侧为高流速区;主、支汊流量的分配决定底沙输移强度,最大冲刷深度在主汊分流口下游.     

河道冲淤变化对分流分沙比的影响

主要针对干流河床冲淤变化对支流分流分沙的影响进行初步研究,充分考虑了分流口口门附近的环流结构和含沙量沿垂线分布的特性,建立了干流河床冲淤变化后支流分流分沙比的计算公式,用荆江裁弯后分流分沙的变化对公式进行了验证,并根据公式预测三峡建坝后对荆江三口分流分沙的影响.     

平原分汊河道水流数值模拟及其应用

针对平原分汊河道的特点,建立水流运动平面二维数学模型,采用有限单元法离散控制方程,能较好处理平原多汊河道的复杂边界.通过湘江下游香炉洲、冯家洲河段流速、水位及分流比的计算分析,计算结果与实测资料吻合较好.说明该模型的建立和边界处理方法合理,可用于河段治理方案的计算研究.     

分汊河道平衡水深方法

为了研究分汊河道的河床演变与航道水深,本文基于水力几何形态关系,得到分汊河道平衡水深计算方法。该方法对于不同断面形态的分汊河道均具有适用性,汊道与单一河道过水断面面积之比为分流比的6/7次方。应用于长江南京以下12. 5 m深水航道二期工程,计算得出的落成洲分汊河段断面的平均水深与多年平均水深基本一致,表明了平衡水深理论的可靠性。对福姜沙和世业洲分汊河段工程前的最大通航水深计算,亦与实际情况较为吻合;工程后的预测结果显示工程整治效果明显,世业洲和福姜沙左汊河段均能满足12. 5 m通航水深的要求,但福北水道仍无法达到12. 5 m通航水深。平衡水深方法提供了一种除数学模型和物理模型外预测河床演变趋势,计算出航道能维持的平衡水深,丰富了航道整治理论的同时,也为二期工程的实施提供科学依据与理论指导。     

黄骅港工程对其海域流场影响的计算分析

利用Delft3D-Flow数学模型,模拟了黄骅港附近海域不同潮型、不同工程状况下的潮流场,在此基础上,分析比较了黄骅港不同时期工程情况下潮流场的主要变化,探讨了二维流场变化对黄骅港港池和外航道回淤的可能影响.研究表明:工程前后黄骅港海域的流场发生了显著的变化,潮流动力条件发生不均衡变化,出现了沿堤流和横流,这些因素都有可能加重黄骅港港池和外航道的回淤.     

宽级配河床平面二维泥沙数学模型的几个问题

对平面二维泥沙数学模型的几个关键问题：挟沙力系数、恢复饱和系数、床沙级配调整、冲淤厚度和床沙“归一化”等问题及其相互影响作初步探讨。这种讨论仅'限于山区天然河流宽级配床情况。以上问题在两种底沙不同的河流上应用,结果令人满意。     

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。     

河道整治工程水流影响数值计算分析研究

采用二维非恒定水流泥沙有限元数学模型对某河段在典型水沙条件下的冲淤、水位、流速大小等值线、流场分布、河势以及水流平面形态等物理量进行了计算和分析,研究了现有河道整治工程对水沙条件的适应性。     

弯曲分汊浅滩潜坝对洄游鱼类栖息地的影响研究

长江上游弯曲分汊浅滩较多、碍航问题突出,同时该河段也是濒危鱼类中华鲟的主要繁衍水域。针对当前航道整治工程大都缺乏考虑其对水生生物栖息地的影响和现有栖息地评价仅依据河道内流量增加法中的加权可利用面积两方面的问题,本文以长江上游弯曲分汊浅滩作为研究对象,考虑中华鲟产卵场功能区的分区特征,基于斑块面积比、栖息地破碎性指数、栖息地连通性指数,构建了鱼类栖息地综合评价模型,研究了淹没式丁坝（潜坝）布置形式对中华鲟栖息地的影响。结果表明：适当的潜坝布置形式对整治河段内中华鲟栖息地环境质量有明显改善作用;研究区域内中华鲟栖息地斑块个数与潜坝坝长成正比,斑块面积比和栖息地破碎性指数与坝体数量成反比,栖息地连通性指数主要受坝体数量的影响。从保护珍稀物种的角度出发,长江上游弯曲分汊浅滩治理中应控制整治建筑物的数量与长度。此外,本文基于濒危洄游型鱼类繁衍及生活习性提出的栖息地综合评价模型,能克服仅根据栖息地加权可利用面积评价的片面性,更适合鱼类栖息地环境质量评价。     

金寨县河道采砂管理工作探析

随着合肥至武汉的高速公路和高速铁路及一批重点工程开工建设,砂石需求量急剧增加,而沙石开采存在的问题也随之增长,文章分析了金寨县采砂管理现状及存在的问题,提出了对策和建议。     

水库降低水位运行对库区水质影响的预测研究

水库在很多情况下会降低水位运行,在大坝检修或治理时通常也会降低水位。为了定量研究水库降低水位运行期间库区水质的分布及变化规律,采用数值模拟的方法对某水库水质进行了预测。建立了大型水库平面2维非恒定流水动力模型和水质模型,采用该水库实测成果对模型进行了验证,并利用该模型对该大坝治理期间降低水位运行对库区水质的影响进行了预测。结果表明:随着水位降低,库区污染物浓度升高,水质变差;随着水位回升,污染物浓度降低,水质逐渐变好。水库降低水位运行将对水质造成不利影响,因此,在水库低水位运行期间,需严格控制库区污染源,同时加强水环境监督管理与监测。本文模拟结果对于开展水库降水位期间水环境影响的定量预测评价、保护库区水环境具有一定的理论意义和应用价值。     

河网水体流动控导措施二维数值计算分析

引水入城是改善城市河网水环境的重要途径,但由于各种条件的约束,可能仍然存在流动性很小的河流.利用什么措施来增加这些流动性小的河流的流动性,再进一步又如何论证工程措施对增加水体流动的效果是重要的研究课题.本论文利用建立和验证了的河网平面二维数学模型,计算了设置并关闭和现状鸣山路江没有水闸条件下的水体流动状况,由两种情况的计算结果得到的水力要素增值及其分布图可以看出,设置并关闭水闸,当水闸关闭其他条件不变的情况下使得附近河流庙山江、西五灶江和西四灶江流速增加,水体的流动性增加明显;壅水河段仅在局部河段,且壅水很小.计算结果为工程提供了定量依据.     

采沙河流二维水沙耦合数学模型

对引进的采沙河流二维水沙数学控制方程组进行系列变形和化简,并利用逆风格式和ADI法及有限差分法对方程组进行离散求解,建立了采沙河流平面二维水沙耦合河流数学模型．与传统的河流数学模型相比,该模型中加入了反映采喂沙活动影响强度大小的参数采沙通量Fm与喂沙通量Ff,可反映出河流采喂沙活动对河床变形影响的持续性和同步性,可以精细地模拟和描述采沙河流中的水沙运动变化情况．     

深圳港西部港区进出港航道工程疏浚泥水抛泥沙输移扩散规律研究

针对深圳港西部港区拟新开辟的出海航道———铜鼓航道的疏浚泥海上倾倒对周围水沙环境的影响问题,通过建立二维潮流泥沙数学模型,对在拟选的水抛倾倒区内分别在有风或无风情况每天倒泥8次或12次共4种情况下的水抛疏浚泥的输移扩散与影响进行了模拟计算和研究.研究结果表明,在选定的抛泥区进行疏浚泥倾倒活动对周围环境的水深、航道、水环境的悬浮物浓度、水体滞留时间、沉积厚度、悬沙漂移距离等各项指标均影响不大,工程技术上合理可行.     

三峡工程运用后上荆江枯水河槽调整及其对航道的影响

三峡工程运用后,上荆江河段河床冲刷较为剧烈,枯水（5000 m3/s流量下）河槽形态相应发生调整,对航运产生了较大影响。本文通过一维水动力学模型确定了各固定断面的枯水河槽形态参数。由于不同断面的河槽形态沿程存在显著差异,故采用基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的河段平均方法,计算了2002-2015年上荆江河段尺度的枯水河槽形态参数。计算结果表明：受大范围护岸及护滩工程的影响,研究时段内上荆江枯水河槽宽度仅有小幅度增加,而相应的水深和面积增加约0.68 m及870 m2,增幅分别达12%及15%,航道条件总体上有所改善;枯水河槽宽深比呈持续减小趋势,由2002年的5.73减小至2015年的5.17,故近期上荆江枯水河槽形态趋于窄深;但在火箭洲、沙市及公安弯道等局部河段,江心洲或凸岸边滩的剧烈冲刷导致河槽展宽,宽深比明显增加,引起局部水深不足、航槽不稳定等现象。此外通过分析河槽形态调整对前期水沙条件的滞后响应,建立了河段尺度的枯水河槽形态参数与前6年平均的汛期水流冲刷强度之间的经验关系。结果表明：受人类活动干扰,上荆江河段尺度的枯水河槽宽度与前期水沙条件的相关程度较低,故建立的枯水河槽宽度公式不能反映水沙条件变化对河宽调整的影响;而上荆江河段尺度的枯水河槽水深、面积、宽深比与前6年平均的汛期水流冲刷强度的相关程度分别为0.92、0.95及0.85,故这三个参数均可较好地对由于三峡工程运用引起的水沙条件改变做出快速响应。     

Characteristics of mining gas channel expansion in the remote overlying strata and its control of gas flow

The technology of pressure relief gas drainage is one of the most effective and economic for preventing gas emissions in underground mines. Based on current understanding of strata breakage and fracture development in overlying strata, the current study divides the overlying strata into the following three longitudinal zones in terms of the state of gas flow: a turbulent channel zone, a transitional circulation channel zone and a seepage channel zone. According to the key strata discrimination theory of controlling the overlying strata, the calculation method establishes that the step-type expansion of the mining gas channel corresponds to the advancing distance of working face, and this research also confirms the expanding rule that the mining gas channel in overlying strata follows the advancing distance of mining working face. Based on the geological conditions of Xinjing Coal Mine of Yangquan, this paper researches the expanding rule of mining gas channel as well as the control action of the channel acting on the pressure relief flow under the condition of the remote protective layer, and got the distance using inversion that the step-type expanding of mining gas channel is corresponding to the advancing distance of working face, which verifies the accuracy and feasibility of theoretical calculation method proposed in this study. The research provides the theoretical basis for choosing the technology of pressure relief gas drainage and designing the parameters of construction.     

Numerical simulation of dewatering thick unconsolidated aquifers for safety of underground coal mining

With an increase of mining the upper limits under unconsolidated aquifers, dewatering of the bottom aquifer of the Quaternary system has become a major method to avoid water and sand inrushes. In the 8th District of the Taiping Coal Mine in south-western Shandong province, the bottom aquifer of the Quaternary system is moderate to excellent in water-yielding capacity. The base rock above the coal seam is very thin in the concealed coal field of the Carboniferous and Permian systems. Therefore, a comprehensive dewatering plan from both the ground surface and the panel was proposed to lower the groundwater level in order to ensure mining safety. According to the hydrogeologic conditions of the 8th District, we established a numerical model so that we could simulate the groundwater flow in the dewatering process. We obtained the simulation parameters from previous data using backward modeling, such as the average coefficient of permeability of 12 m/d and the elastic storage coefficient of 0.002. From the same model, we predicted the movement of groundwater and water level variables and obtained the visible effect of the dewatering project. Despite the overburden failure during mining, no water and/or sand inrush occurred because the groundwater level in the bottom aquifer was lowered to a safe water level.     

基于水深平均模型的植被水流数值模拟

针对有植被作用的渠道,将植被对水流的作用视为河床的附加阻力,推导出植被作用下河床等效曼宁阻力系数计算公式,考虑植被区与无植被区交界区域产生的二次流对植被区阻力的综合影响,引入影响系数对等效曼宁阻力系数计算公式进行修正.将修正后的公式用于水深平均模型,求解非对称复式断面和矩形断面局部有植被渠道的流速分布,计算结果与实验数据吻合,表明该模型可有效用于局部植被覆盖渠道的水流计算.有助深入了解植被水流结构.