感潮平原河网水流水质计算模型应用研究

根据平原河网在不同水文时期关注的目标,应用建立的水流水质计算模型,对研究区历史发生的5场洪水水流进行了验证,并对现状枯水期水流和水质进行了计算。结果表明,模型对洪水水流预报和枯水水流及水质计算都能达到较高的精度。通过研究区河网水环境现状验证,提出了枯水期相应的水质改善方案,为地区河网水资源的综合利用及水环境管理提供了决策依据。     

杭嘉湖一维河网水量水质联合数学模型及应用

建立了能模拟杭嘉湖地区的一维河网水量水质联合数学模型，模型共选用了30个外部边界、100余个内部边界和2个全局边界，以此来控制和体现杭嘉湖地区河网的水体流动及水质变化情况。模型计算分为验证计算和方案计算2种情况，由于计算目的不同，在计算边界的选择上也有所区别。从选择的2005年长兴(二)等11个水位站点、杨家埠等5个流量站点和杭长桥等9个水质站点的实测值和模型计算值的比较情况来看，所建立的杭嘉湖一维河网水环境数学模型较好地反映了杭嘉湖地区的水流运动状况和水质变化情况，表明本模型所选择的参数基本合理，模型系统可以用于对工程方案实施后河网水质变化的预测分析。     

十三围防洪保护区洪水风险分析

十三围防洪保护区位于珠江河网区域的西江和北江交汇后的西江右岸,西江洪水峰高量大,洪水威胁严重,进行洪水风险分析十分必要。考虑到珠江河网区域水流运动复杂,基于一维水动力学模型构建了珠江河网一维模型,并根据历史洪水资料验证了模型的可靠性。为了反映保护区内的河道、堤防、道路等对洪水传播的影响,采用精细化的非结构网格构建了十三围保护区二维水动力学模型进行洪水演进模拟。通过一、二维耦合模型,分别对江根段、西头窦段溃口进行了西江50,100,200 a一遇设计洪水下的洪水淹没方案计算,并对计算成果进行了合理性分析,包括水量平衡分析、局部流场分析、溃口流量水位过程分析等。结合社会经济数据进行了受淹面积、受影响人口、淹没损失等方面的洪水影响分析,可为防汛抢险、避洪转移等提供重要信息参考。     

太浦河一维、二维水流数值模拟比较研究

相对于太浦河洪水风险图编制的研究范围,太浦河是一条狭长的河道,河道内如采用二维水动力模型数值计算将影响洪水风险系统调用数据的效率和可视化的效果,可考虑河道内采用一维水动力模型计算.为了验证一维水动力模型是否能应用于太浦河洪水风险编制中的太浦河河道洪水演算,运用一维、二维水动力模型对太浦河河道分别进行了恒定情况和非恒定情况的洪水演算.一维、二维水流数值模型的计算结果表明:水位与断面平均流速吻合性较好.因此得出结论:用一维水动力模型在计算太浦河河道内洪水演算具有与二维水动力数学模型相当的精度,并能大大提高洪水风险系统调用数据的效率,并提高了可视化的效果.     

大洋河岫岩城市段河道防洪能力评估研究

为探清河道的防洪能力,以大洋河岫岩城市段为研究对象,采用MIKE11一维水动力模型进行河道水面线计算,根据防汛警戒水位及保证水位确定原则,结合不同频率洪水组合的水位计算结果,得出不同断面的特征水位以及保证流量。通过河道现状防洪能力分析,得出过流能力较弱的河段,为防洪工程建设及两岸防洪安全提供科学依据。     

湖泊-河网耦合水动力水质模型研究

根据太湖地区水系复杂、湖泊众多、河道水流方向复杂多变且受到人为干扰的特征,基于一维河网水质模型,二维湖泊水质模型,采用有限控制体积法获得离散的水动力学和水质模型控制方程,通过河网与湖泊连接断面上河流的流量、水位、水质与湖泊的流速、水位和水质耦合求解,解决了河网湖泊水质模型的耦合,并将闸站控制对河流湖泊水动力水质影响过程进行了时间空间的线性化处理,以边界条件方式将闸站控制带入模型代数方程中进行统一求解,建立了适合于太湖流域的湖泊河网耦合水动力水质模型.采用太湖典型流域河网区2007年实测水文水质资料对耦合模型进行率定和验证.结果表明,模型计算值与实测资料吻合较好.该模型适用于复杂湖泊-河网区的水动力和水质变化的模拟和研究.     

河网非恒定流数值模拟及应用研究

基于平面二维圣维南方程以及下游水位流量关系,采用非正交的四边形网格,以及水面-流速校正的Simple算法,建立了复杂河网区二维非恒定水流数值模型,采用有限控制体积法(FVM)进行数值计算.为了减少长河段或流量剧烈变化河段的计算误差,模型的数值计算中对下游断面水位流量与内点的数值离散进行了耦合求解.利用大渡河下游沙湾至乐山的河网河段天然实测及拟建安谷水电工程物理模型实验资料,对模型参数进行了率定和验证,并计算出工程前后河段槽蓄量变化.研究成果表明,该数值模型能够模拟复杂河网洪水演进并获得了较高的数值精度.     

二维水动力数值模型在天然河道弯道处水流横向水位差模拟计算中的应用

天然河道弯道处水流过程复杂。洪水风险研究中,一般先对河道建立一维水动力数值模型,再与岸上陆地二维水动力数值模型相耦合。由于山区河道弯道处的横向水位差较大,一维水动力模型无法反映两岸水位差,需对整个项目区建立整体二维水动力数值模型。该文以富屯溪顺昌县城区段天然河道为例,分析天然河道弯道水流特性,借助二维水动力数值模型模拟弯道水流,计算不同弯段、不同洪峰流量下的横向水位差,分析弯道横向水位差的影响因素。     

珠江三角洲地区河网水动力学

对珠江三角洲河网区河道进行了概化,利用一维非恒定流基本方程组、河网节点连结方程及边点方程建立了珠江三角洲河网区水动力学模型;将参加计算的方程分成微段、河段、汊点三级,采用逐级处理再联合运算的方法(即所谓的三级联解法)[1],求得河网中各计算断面的水位、流量等值;利用丰、平、枯三期的实测资料对模型参数进行了率定.率定后的模型计算值和实测值吻合较好.     

一个耦合数学模型及其在近海尾闾河段的应用

在近海尾闾河段，由于水流和边界条件的特殊性，分别用一维和二维模型计算河道水面线与流场分布是十分必要的。在尾闾河段上游区域，运用一维模型计算相对狭长河道水面线的沿程变化情况；在近海宽阔水域运用二维模型模拟流速场及水位在挡潮闸附近的动态分布特征。本文对尾闾河段的一、二维模型及水流参量在其交界面附近的耦合处理进行了探讨，并应用于尾闾河段的实例计算。通过调试验证及预测计算，说明该耦合模型能够较好地处理邻海区域的水力计算问题。     

珠江洲头咀河段过江隧道工程极限冲刷模拟研究

珠江三角洲河网纵横交错,网河河道的泥沙来源既有上游不同径流挟带的陆域来沙,也有潮流所挟带的海域泥沙,河道水动力和冲淤特性极为复杂。以广州出海水道上段(广州-黄埔段)为例,在分析河道不同径潮组合下河道水动力特点的基础上,采用二维潮流泥沙数学模型对工程所在河道的极限冲刷进行了模拟计算。研究表明,对于三角洲复杂网河河道,认识不同的径流条件下河道的水动力特点是研究河道冲淤特性的前提。     

Asian carp spawning success: Predictions from a 3-D hydrodynamic model for a Laurentian Great Lake tributary

Asian carps are threatening to establish in the Great Lakes basin and the examination of factors leading to spawning success is vital for preventive efforts. Hydrodynamic modelling can determine if successful hatching of carp eggs can occur in a tributary, by predicting egg movement during a spawning event to see if hatching can occur before eggs settle. A 3-D hydrodynamic model, coupled with a Lagrangian particle tracker, was used to assess hatching rates of three Asian carp species (bighead, grass, and silver carps) in different temperature and flow scenarios in the east Don River, a potential spawning tributary to Lake Ontario. In-river hatching rates were highest in scenarios with warmer summer water temperatures (23–25 °C) and flow magnitudes of 15–35 m³/s, which occur at least once every year. Using a 3-D hydrodynamic model allowed the inclusion of low-velocity zones where eggs become trapped in lower flow scenarios, thereby reducing modelled hatching success. In-river hatching rates were significantly reduced when the spawning location was moved close to the mouth of the river, with no modelled hatching if spawning occurred in the lower 8 km of the Don River, indicating that preventing Asian carp movement upstream would viably reduce the chances of successfully spawning occurring in this tributary. The magnitude of reduction in spawning success caused by limiting Asian carp passage upstream can guide preventative strategies and the method of using a 3-D hydrodynamic model as a predictive tool could be applied in similar tributaries across the Great Lakes basin.     

太湖流域平原河网分流比影响因素

以太湖流域典型分汊河道为例,构建河道二维水动力模型,研究平原河网分流比主要影响因素及其作用机理,并运用岭回归建立了平原河网分流比预测方程。结果表明:平原河网分流比与糙率、支汊过水宽度比、水位差呈正相关关系,与干流流量呈负相关关系,与分汊角度关系复杂;干流流量和支汊过水宽度比是影响分流比的主要因素;构建的多因素平原河网分流比综合预测方程可用于预测平原河网分汊河道分流比。     

珠江三角洲河网与河口夏季水沙通量的模拟

本文利用一、三维水动力与泥沙耦合模型,计算珠江三角洲河网与河口夏季水沙通量,构建其收支模式,并分析水沙迁移路径与泥沙沉积特征。研究表明,西江为最主要的水沙输入源,磨刀门为最主要的水沙输出口门,蕉门次之。夏季泥沙以淤积为主,上游汇入的泥沙,有39.4％沉积于河网区,其余60.6％经八大口门输入珠江口后,有59.5％发生沉积,另外1.1％输入外海。河网区的水沙输送由径流控制,而河口区则由径流、潮汐、季风等因素控制。河网区各区域的沉积特点因动力条件的差异而呈现不同的规律,大量泥沙在西江干流、虎门水道淤积。珠江口中以内伶仃洋与磨刀门海域的沉积量最大,泥沙在西滩周边和磨刀门海域快速沉积,其中磨刀门海域淤积最为强烈。     

珠江河口水动力一维、二维联解的有限元计算方法

该文应用有限元联解方法计算珠江河网与河口的整个水动力。仿照四点隐式差分法在每个一维单元内部形成独立的单元方程组,改进RMA有限元软件包实现河网一维数值模拟。借鉴弹性力学年中通过固结杆件与块体的连接结点实现两构件组合计算的思路,设计了珠江河网一维、河口二维水动力联解的有限元法,通过单元矩阵的构建、合并与叠加,形成整体方程组,实现整体求解的连接模式,有效地解决了不同形态流场的模拟问题。应用研究表明:该方法合理,计算结果较理想。     

天津市水功能区划要求下海河干流排涝问题研究

按新的海河干流水功能区划要求,海河干流将不再承担上游来水的行洪任务。因而有必要分析探讨新形势下海河干流的排涝问题。在充分考虑海河干流水功能区划要求的基础上,通过推求设计暴雨、进行产汇流计算,建立海河干流汇水区一维水动力模型,模拟了海河干流在经历不同重现期(3年、5年及10年一遇)设计暴雨下的排涝水位。在此基础上,对多种排涝方案进行比选,给出了适当的排涝方案,以缓解水功能区划要求下天津市海河干流的排涝矛盾。     

尾闾河段的数值模拟研究

尾闾河段是否畅通，直接关系到河流能否安全泄洪、排沥，是水利部门十分关注的问题。本文阐述了采用一、二维耦合数学模型进行尾闾河段洪水与潮波的模拟的基本理论，对耦合模型的交界面条件及耦合方式进行了详细说明，并以某河尾闾段为例建立一、二维耦合模型。一维数学模型研究计算的范围为河口区上游的河段，平面二维数学模型研究计算的范围为近挡潮闸河段以及至河口外近海区域。模型以历史洪水和实测潮波分别进行了验证，计算结果与观测结果吻合良好，表明耦合模型可以较好地反映模拟河段及近海区的洪水与潮汐特性，解决河流尾闾段的水力模拟计算。     

珠江河网与河口一、二维水沙嵌套数学模型研究

利用三级联合解法和“节点含沙量控制法”,建立了珠江三角洲河网区一维非恒定流水沙数学模型,伶仃洋平面二维水沙模型采用了正交曲线坐标下DSI和ADI法。通过虎门、蕉门、洪奇门、横门4个交接面的水位、流量和输沙量等物理量的相互传递,在每一迭代步内进行河网一维与伶仃洋二维水沙模型的嵌套计算。利用2001年2月枯季和2003年7月洪季实测的水文资料进行验证。结果表明,模型计算结果无论在珠江三角洲河网区、交接断面以及伶仃洋区均与实测资料吻合较好,该模型可用来模拟珠江三角洲河网和伶仃洋的水沙运动过程。     

漂流河段水动力数值模拟研究

为了给水利枢纽下游河道整治规划提供技术支撑并提出漂流供水方案,采用二维全水动力模型,对水利枢纽下游河道整治前后不同泄水工况进行模拟。以三河口水利枢纽下游河道为例,河道两侧风景优美且暗礁险滩较少,河床高程为514~526 m,河床砂卵石层厚度5~10 m,为实施漂流项目提供了保证,结合上游水利枢纽调度运行情况,计算了各个泄水工况下不同断面的水力要素及相关统计信息,并根据计算结果提出河道整治及漂流供水方案。结果表明,该二维水动力模型能高效高精度对水利枢纽下游河道进行不同泄水工况下的模拟,为河道水上娱乐设施规划提供了有效的技术支撑,并从节约水资源及减少工程施工量的角度建议对河道进行6 m疏浚,在此工况下上游水利枢纽仅需泄水4 m3/s,此时河床断面最大水深最小值为0.50 m,断面水面最小宽度为4 m,断面最小流速为1.02 m/s。     

黄河河口平原多闸坝河道水流数学模型

针对黄河下游河口平原区河流的特点,在充分考虑多闸坝及潮汐作用的影响下,采用MIKE11软件构建多闸坝河道水动力模型,同时利用实测资料进行参数率定及模型检验。结果表明:广利河河网下游水位变化趋势受上游来水流量的变化趋势影响较大,水流状况受人工调控明显;大部分典型断面的模拟结果较好,所确定的参数基本可以反映河道及流域特征。模型可以为下一步进行水量水质耦合模拟及河网库群与闸坝调度方案研究提供较为准确的水动力条件。