流量元水流复演方法

在广东大亚湾核电站取排水口布置方案的研究中,需要做大亚湾水域的物理模型试验,复演大亚湾水域的水流情况和模拟取排水口设置后的水流情况.为在海岸水工模型试验中复演双向非恒定水流,依照货币面额的设计原理,提出了流量元水流复演的方法,并给出了流量元的最小配置数列.试验研究表明,流量元水流复演的方法可以精确地施放双向的非恒定流量过程,方法简明可靠,为水工模型试验提供了一种新的水流复演方法.     

基于非结构网格的长江口二维三维嵌套潮流数值模拟

三维数学模型多应用于局部水域,无法模拟模型周边的大范围流场.为解决此问题,基于非结构网格有限体积法,建立了长江口二维三维潮流嵌套数学模型.模型嵌套边界采用近似处理方法,假设嵌套边界处网格单元分层水平流速服从多项式分布,该处理方法嵌套边界处的三维计算存在一定误差.将模型应用于长江口大范围水域潮流模拟计算.结果表明,潮位及二维三维潮流验证良好,计算精度满足规范要求,这说明该方法能够模拟大范围水域的二维及三维潮流运动.     

略论珠江河口区东海水道流量调控

珠江河口涵盖西、北江入流、三角洲网河、口门及口外水域，是一个互动的大系统，近期整治目标之一是调减东海水道的流量，缓解下游水位壅高的突出矛盾。谨就上述问题，略论东、西海水道汊口分流特性、控导思路、调减流量及限流措施。     

港珠澳大桥潮流物理模型设计的关键问题

港珠澳大桥横跨伶仃洋河口,该水域南北长75 km,东西宽约50 km,模拟总水域面积大于2 100 km2.针对此类型的桥梁潮流物理模型设计,桥墩桩群处理是关键问题之一.对于小尺度单桩如仅按几何相似比尺进行设计,则无法满足阻力相似,因此本模型在满足潮流运动相似原则的基础上,充分考虑大桥桩群总阻力相似的方法进行概化处理,并经过水流试验验证.结果表明该物理模型桩群概化处理和边界控制合理,较好地模拟了大桥建设对水流运动影响,为跨海特大型桥梁模型设计提供了切实可行的有效方法.     

黄河口潮流与泥沙输移过程的数值研究

黄河口的海洋动力输沙能力受径流、潮流和波浪等动力条件的影响,是个十分复杂的问题.本文利用MIKE21模型建立了渤海水域大模型和黄河口水域的小模型,大模型为小模型提供外海边界条件.利用渤海水域验潮站的分潮资料对大模型进行了验证,计算值与实测值符合良好.黄河口水域小模型计算研究了多个人海流路口外水域的潮流过程和潮流输沙能力,计算结果得到黄河口水域新、老口门附近存在三个高流速区,最大潮流速在1.7m/s左右,自渤海湾向莱洲湾的强大沿岸流输沙是黄河口潮流输沙的主要形式,分析计算口外泥沙净通量得到刁口河、原河道和现行清8流路、马新河、北汊流路和十八户流路口外水域向口门两侧10km外和外海的输沙量占利津沙量百分数分别为51.04%、39.27%、29.94%、17.75%、12.96%和7.22%,年均输往外海沙量分别为3.00亿t、2.18亿t、1.66亿t、0.99亿t、0.72亿t和0.40亿t.计算得到的清水沟原河道的潮流输沙能力与多年资料分析结果基本一致.     

内河航道服务区水域面积仿真分析

内河航道服务区水域面积是内河航道服务区规划设计的关键问题。考虑到船舶进入服务区和服务时间的随机性,提出了基于船舶交通流特性和服务特征的仿真模型,并将其用于分析服务区水域面积。以长三角地区典型航道服务区为例,基于AnyLogic平台进行仿真分析,结果表明,模型预测的服务区停泊船舶数量和水域面积与实际情况吻合。敏感性分析发现,服务区停泊船舶数量与航段上船舶流量、服务特征参数的均值成线性正比关系,与服务特征参数的概率分布类型关系很小。根据调查参数和回归分析,可将服务区水域面积简化为航段上船舶流量和船舶平均吨位的连续函数,有助于方便合理地估算服务区所需的水域面积。     

曲线坐标系下波浪传播的数学模型及其比较与验证

引入自适应网格技术,建立了曲线坐标系下考虑能耗影响的缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型,通过在模型中引入能量耗散项以更好地处理全透射边界。基于原型缓坡方程,完善了等水深的轴对称双导堤水域内波浪传播的精确解表达式及其计算结果;提供了等水深的环形河道水域内较为详细的精确解。在极坐标系下就等水深的轴对称双导堤水域内波浪的传播,推导了缓坡方程的小角度抛物近似模型的解析解表达式。就上述两水域内波浪传播的数值模拟模型的数值解、抛物近似模型的解、精确解进行了详细比较,说明数值解与精确解相吻合、数值模拟模型比小角度和大角度抛物近似模型具有更高的精度。数值模拟模型能较好地模拟水深复杂变化的地形上波浪的传播,能有效反映波浪传播过程中的多种物理现象。     

后石电厂排水口冲刷及其防护块体稳定试验研究

电厂排水口水域底床的稳定是电厂排水基础结构安全的保障,通过排水口水域局部动床冲刷以及排水口防护块体稳定模型试验,研究后石电厂排水海域泥沙冲刷及其防护块体稳定问题.排水口冲刷试验结果表明,不同水位下2个排水口满负荷排水时,排水口区域会出现冲坑、冲沟,排水明渠隔堤堤头外50 m左右海床范围内为严重冲刷区,最大相对冲深可达9.0 m.防护块体稳定试验结果表明,满负荷排水流量条件下,在排水口水域采用一定粒径组合的抛石防护工程措施,块石可以达到稳定状态.最终得出的优化方案为:在排水明渠口外50 m范围内采用直径40cm左右的块石防护,50～100m范围内采用直径为20cm左右的块石防护.     

地下水数值模拟中4条人为边界模型处理

运用Visual Modflow模拟地下水的运动特性时,模型边界条件概化与处理的好坏直接关系到模型是否合理和结果的精确度,而在各类边界中很难找到合适的自然边界或者第一类边界,这时如何处理边界条件成为数值模拟的关键问题。本文针对该问题引入了人为边界的概念,并具体研究了4条人为边界的处理和实现方式:就目标系统而言,将上、下游水位等值线概化为二类流量边界,两侧垂直于水位等值线的直线段概化为零流量边界。通过上、下游边界的流量以井点的形式给出,上游补给边界布设注水井,下游排泄边界布设抽水井,井流量通过迭代的方法得到。     

二维流冰消融数学模型

本文采用水深平均κ－ε以方程紊流模型与流冰扩流体模型首次推出了适合于天然实际工程水域复杂条件的紊流流冰消融数学模型。模型还利用离散型动态边界拟合坐标变换系统以适应天然水域的不规则边界与复杂流态，对天然流场中常出现的露滩、断流、动态水边界及几何曲率影响等特殊数值计算问题的处理颇有实效，具有较大的实用价值。本文以丹东电厂温排水缓冰工程为例验证了数学模型。     

改进的非线性波传播数值模型的验证和应用

基于吸收入射边界上反射波的方法,并通过将统一边界条件表达式推广到适应不规则波的情况,改进了非线性波传播的数值模型.将利用模型的线性版本(略去非线性项)所计算得到的台阶地形上波浪的反射和透射系数与相应的解析解进行了定量比较.在斜坡地形上数值模拟了不规则波的传播,并将数值结果和物理模型实验值进行了比较.在下游边界分别为开边界和全反射边界的等水深的水槽内数值模拟了不规则波的传播变形,讨论了非线性作用的影响.在侧边界和下游边界均为全反射的固壁边界、二维的等水深水域内,数值模拟了波浪斜向入射时所产生的波浪变形.计算结果表明,对上述各种算例,改进后的非线性波传播数值模型均能进行有效地数值模拟.     

长江口大面积水域絮凝体粒径分布规律研究

利用现场激光粒度仪LISST-100在长江口水域进行了大范围絮凝体测验,对所得到的数据进行分析研究。结果显示,沿程各测站絮凝体粒径与体积浓度的关系曲线变化趋势在长江口内和口外以及口内和口外之间过渡段分别遵循各自的规律,而且口内各测站体积浓度最低点所对应的絮凝体粒径惊人的相似,皆为5.27μm。用数理统计方法分析所得到的数据表明,长江口大面积水域最稳定的絮凝体粒径为220μm左右;从絮凝体平均粒径的分布情况来分析,口内较口外具有更大的絮凝潜在能力。     

强弱透水相间深覆盖层条件下防渗墙深度对闸坝渗流特性的影响分析

针对闸坝基础为强弱透水层相间深厚覆盖层的情况,利用二维有限元渗流计算方法,研究了模型边界位置对闸坝渗流计算分析的影响,并分析了该地基条件下,防渗墙深度对闸坝渗流特性的影响.结果表明：模型上下游边界位置对闸坝渗流特性影响较大,随着上下游边界位置的延伸,闸坝渗流特性逐渐趋于稳定,可通过缩尺单元法来模拟边界延伸区域;随着防渗墙深度的增大,地基渗流量及闸底板扬压力逐渐减小,每当防渗墙封闭一个强透水层时,其均能有效地减小地基渗流量及闸底板扬压力.     

基于动网格模型的弹簧式灌水器流场数值模拟研究

弹簧式灌水器因其灌水均匀,流量稳定等优点得到广泛应用,但由于弹簧式灌水器内部结构复杂,进一步研发和优化受到阻碍,为获得灌水器流道相关水力性能的关系,采用动网格及UDF(用户自定义函数)技术,对弹簧式灌水器的流动进行了三维静态及三维动态数值模拟对比研究,将计算值与试验值对照分析,获得水头损失、上下游压差力与流量之间的关系。结果表明:三维动网格模型与三维静网格模型的计算精度接近,但三维动网格模型能更真实地模拟出三维静网格模型所不能反映的运动边界。     

浅议水污染总量挖制中流量测定方法

一、前言 水污染总量控制是当前流域防治水域水质污染的重要措施,其控制手段是通过限定各污染源的污染负荷,有计划地削减流入控制水域的污染物总量;控制目标是使该水域逐渐达到水质环境保护目标;而所采用的各项措施则为污染源污染负荷量的计算和确定提供依据.在控制过程中,需要直接测定的项目有两项,即污染物浓度和排水流量.其中污染物浓度的测定早已引起普遍的重视,而对于排水流量的现场测定,目前尚存在不同程度的认识上或技术上的问题.本文根据近几年的排污口流量实测经验,对排水流量测定方法作一探讨.     

城区水域保护划界研究——以南京市秦淮区为例

基于城区河道蓝线规划的局限性和水域保护的现实需求,利用层次分析法确定5个影响水域保护的自然属性和社会属性因子权重,借助GIS空间叠加分析,构建水域保护评价体系,较为准确、客观地判读了秦淮区水域保护现状;结合秦淮区水域蓝线规划,划定了更为合理、切实的水域保护边界,克服了蓝线规划的局限性,增强区域针对性与可操作性,因地制宜地降低城区各影响因子对水域健康和生态稳定的干扰,对提升城区水域的保护与管理工作具有较大意义。     

珠江三角洲大系统风暴潮数学模型建立与验证

为了较准确地模拟珠江三角洲河网区及口外海域风暴潮的过程,建立了珠江三角洲大系统全二维风暴潮数值模拟模型。以2008年14号强台风“黑格比”为例,对台风场的构造、风暴潮模型的建立与验证、研究区域的划分以及风暴潮的模拟计算过程等作了介绍。验证结果显示,数值模拟结果与实测值吻合良好,表明所建立的风暴潮模型能较好地模拟珠江三角洲河网区及口外海域风暴潮的过程。     

二维动边界潮流输沙及河床变形计算

应用不平衡输沙原理,水流方程、泥沙方程均采用ADI法处理,并应用连续动边界技术,建立了二维冲淤计算模型.计算域为非天然的变动水域,滩地上有引潮沟、进排水渠、泵房、挡潮闸及挡墙等水工建筑物,地形复杂,滩槽差大.计算结果同物理模型试验结果进行了详尽的对比、验证,特别是有详尽的含沙量过程的验证和冲淤的定量验证,其结果令人满意.     

木兰溪下游防洪系统水动力学模型研究

以木兰溪下游木兰陂至三江口干流河道及北洋地区水系构成的河网为主要研究对象,构建了木兰溪下游防洪系统水动力学模型.在对河网水系及水工建筑物概化的基础上,着重对建模过程中边界及初始边界的处理、闸门及桥梁过流衔接模拟等关键问题进行了探讨.结果表明,各断面的计算水位和流量与实测值拟合较好,验证了所建模型的合理性.     

大型潮汐河工模型试验控制系统设计及应用

已有的长江河口段模型控制系统,上游采用量水堰+扭曲水道进行流量控制,下游采用潮水箱和尾门进行潮位控制,通过485有线通讯方式采集数据。针对原有控制系统老化、量水堰控制流量时试验准备时间长、扭曲水道占用试验场地、485有线通讯设备布置较为困难的特点,考虑到大型潮汐河流模型河口边界条件复杂、长河段、受径潮流的共同作用,对模型布置和自动化控制系统进行了研究。将网络技术、无线通讯技术和模块化设计成功应用于长江河口段模型的控制中,形成由供水、径流流量控制、下游生潮控制等模块组成的标准化、模块化、无线化、智能化和远程化的控制系统。分析结果表明,标准化的新控制系统重复性好,控制精度高于现有规范要求;模块化设计的系统工作稳定、维修方便;智能化和远程化的控制系统操作简便;无线通讯的试验设备布置方便。新的径流控制系统占用模型试验场地少、试验准备时间短,模型试验效率大大提高。该系统具有很好的推广使用价值。