长江泥沙输移及三峡工程泥沙问题

长江泥沙主要来自上游金沙江和嘉陵江,来沙,来水分别占宜昌站７０％和４９％,地表侵蚀以水力侵蚀和重力侵蚀为主,但输沙量远小于侵蚀量。水土保持和兴建中小型水库的拦沙作用明显减少了进入河道的泥沙,与人类活动剧水土流失所带来的负效应部分相互抵消,经综合对比分析,从宏观上看宜昌站输水量多年平均值相对稳定,三峡水库为河道型水库,长６００ｋｍ,水库来水量大,含水量较小,水库采用“蓄清排浑”的调度运行方式可做到长     

二维溃坝波遇障碍物的水流泥沙数值模拟

本文通过对浅水方程进行Godunov差分离散和对泥沙运动方程进行一阶迎风差分离散,建立了平面l二维溃坝水流泥沙数值模型。在算例中计算了溃坝波遇障碍物后的水流反射、绕射及泥沙冲淤,计算结果表明,溃坝波遇障碍物后会产生明显的反射和绕射,并在障碍物前形成壅水、障碍物的侧面会发生剧烈的冲刷,障碍物前后则会发生局部淤积。本模型能够较好地模拟溃坝间断水流的运动,结果符合水流泥沙运动的基本规律。     

黄河北干流河道泥沙的输移与沉积

河口镇一龙门区间有２３１６６ｋｍ＾２面积属于未控区，占河口镇一龙门区间面积的２０％。１９６４－１９８８年２５年全沙年均淤积量为０．０９９亿ｔ。     

喇叭口型感潮河口泥沙输移规律的数值模拟

采用MIKE21软件中的水动力模块与泥沙模块,对不同上游流量、不同泥沙中值粒径条件下的喇叭口型感潮河口的泥沙输移进行了数值模拟,并通过实测水文资料对数值模型进行了验算。结果表明:喇叭口型感潮河口的水位在丰水期和枯水期的变化规律基本一致,泥沙中值粒径对水位的影响很小,潮水位的影响起主导作用;淤积区域也基本一致,多集中于进口处和出口处,不同的是,丰水期冲刷区域位于河道两岸,呈条形分布,枯水期冲刷区域集中于进口与出口之间。     

弯曲型感潮河口泥沙输移规律的数值模拟

应用MIKE21软件中的Flow Model FM模型,对不同上游流量、不同中值粒径条件下的弯曲型感潮河口泥沙输移规律进行了数值模拟,并通过实测资料对模型进行了验证。结果表明:弯曲型感潮河口在丰水期、中水期和枯水期的水位变化规律基本一致,不同粒径对水位的影响不是很大,潮水位起主导作用;在丰水期冲刷区域主要集中于进口段顺水流方向左侧、弯道段凹岸及出口段左岸,淤积区域主要集中于弯道段的凸岸;在中水期同一时刻对应的河床高程是出口处河床淤积、进口处河床冲刷,在枯水期同一时刻对应的河床高程则是弯道处淤积、进口处冲刷。     

下游为干河床的溃坝水流数值模拟

应用二阶TVD—MacCormack格式计算了含间断波的二维浅水流动．模拟算例为下游是干河床、瞬间部分坝体溃决形成的溃坝水流运动．针对该格式，采用恰当的限制器使得解既不产生过大耗散，又具有高分辨率．     

溃坝水流在复杂河道中传播的三维数值模拟

为研究河道弯曲和障碍物对溃坝波传播的影响,采用有限体积法对描述水流运动紊流模型和描述自由水面运动的VOF方程进行离散,建立了溃坝水流运动的三维数学模型,并对急弯河道进行了数值模拟计算。急弯河道溃坝波传播过程的模拟结果与前人实体模型试验结果基本一致。利用该模型研究了丁坝附近溃坝波传播的特性和溃坝水流的内部结构,数值模拟结果表明,溃坝波的传播受河道弯曲或障碍物的影响,产生反射和绕射,使得局部溃坝水流呈明显的三维特性。上游丁坝迎水面受到溃坝波波前的直接冲击,其动水压力远大于作用于下游丁坝的动水压力。另外,障碍物对溃坝水流的影响主要局限在障碍物上游和下游一定范围内,在此范围外,水流呈二维或一维特性。     

连续急流弯道水流泥沙的数值模拟

建立了具有连续急流弯道河流平面水流、泥沙数学模型 ,并采用有限差分法对方程进行离散求解。运用该模型对山西省阳泉市桃河治理河段的水流泥沙情况进行计算 ,得到的数值模拟结果与模型试验结果基本相符 ,表明该模型在工程上具有一定的实用价值     

山区河流溃坝洪水演进分析

山区河流地形复杂,河岸陡峭,岸线曲折,河床形态极不规则,当发生溃坝洪水时,可能出现常见洪水条件下难以预测的水情及流态。山区河流溃坝洪水演进分析,是为山区河流抵御洪水灾害和建立相应防洪措施提供依据。针对山区河道,基于不可压缩和Reynolds值均布的Navier-Stokes方程建立溃坝水流运动的二维数学模型。采用非结构三角形网格进行模型网格划分,动边界技术处理干湿边界,率定后的河道糙率范围为0. 020～0. 035。利用该模型研究了6种溃坝工况条件下的洪水传播特性。数值模拟结果表明:溃坝后下游河道各断面的断面平均流速均未超过6 m/s,山区段河道形态对溃坝洪水演进过程有着显著的影响,河道束窄段及弯道能有效地抑制洪水波的传递,支流的倒灌能极大削减洪峰流量,主河道旁侧支毛沟形成的环流可消耗主流能量。     

堰塞坝局部溃决输沙率试验研究

本文设计9组堰塞坝溃决的水槽试验,用摄影记录坝体变形的过程,通过录影数据分析,将坝体变形过程数值化,研究坝体级配、坝体内坡和初始溃口宽度对最大输沙率的影响.根据观察到的现象,可以总结以下规律:内坡坡度越大,最大输沙率越大,峰现时刻越早出现;拣选系数越大,最大输沙率先增大,随着粗沙继续增加,反而减小;初始溃口宽度越小,最大输沙率越大,峰现时刻越晚出现.     

山溪坝后式取水及明渠弯道除沙方式研究

随着我国水利水电工程建设的发展,水电站分布越来越集中于偏远山区,供水系统往往需自行建设。为了解决工程建设施工及生活用水问题,通常是将工程附近水源水质较好的山溪作为取水点,并经简单沉沙处理后投入使用。传统的坝前式山溪取水及大型沉沙池除沙普遍面临着汛期取水头部易被泥石流淤积、山溪内施工部位狭窄等问题,根据弯道环流原理,结合杨房沟水电站供水系统取水头部设计及运行使用经验,研究验证了坝后式取水代替传统的坝前式取水,以及明渠除沙代替大型沉沙池除沙方式的实际效果。实践表明,新的取水方式可以满足抗淤能力强、施工占地少,同时除沙能力理想的要求,可为今后类似情况下山溪取水及除沙方式的选择提供参考。     

二维溃坝洪水波演进的数值模拟

采用基于MacCormack预测-校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程，建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程数学模型．应用该模型对矩形明渠中缓、急流过渡的水面曲线进行了数值计算，并与理论解进行了比较。最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒时下游有多个障碍物的洪水演进过程，算例说明该数学模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

基于不同数学模型对某弯道式渠首水沙运动的数值模拟对比研究

以新疆某弯道式渠首为研究对象,分别采用CCHE和Fluent建立数学模型,对该渠首水沙运动规律进行数值模拟研究,并将模拟数据与物理模型试验结果进行比较分析。研究结果表明:两种数值模型的计算结果与物理模型结果吻合都较好,但与Fluent模型相比,在水流流态方面,CCHE模型能更准确地反映弯道下段自由水面的横比降现象;在泥沙横向淤积方面,CCHE模型可充分体现环流作用下泥沙冲淤效果;在计算用时方面,CCHE模型也明显耗时更少,证明CCHE模型能够更高效、更准确地模拟预测弯道水沙运动。     

一维河网非恒定流及悬沙数学模型的节点控制方法

本文的一维河网非恒定流及悬沙数学模型，是根据以一维圣维南方程组，悬沙非平衡输运方程及水位、含沙量节点控制法而建立。首先，利用单一河流有限差分方程组转换形式和节点处质量、能量守恒性，写出所有节点的水位控制方程组。求解此不规则稀疏矩阵方程组得到得有节点的水位，再由单一河流非恒定流的求解方法可获得所有单一河流的断面水位和流量。基于水注的节点水位控制法，本文提出了节点悬沙控制法。假设节点处冲刷或淤积较小，所有节点的含沙量控制方程组可通过输沙量守恒方程用矩阵形式写出。求解此不规则稀疏矩阵方程组，得到所有节点处的含沙量。所有单一河流断面处的含沙量通过单一河流悬沙输运的求解方法获得。本文介绍的模型适用于各种河网类型。作为检验，该模型成功地应用于珠江三角洲流域河网水流及悬沙的数值计算。     

潮汐作用下弯道环流的数值模拟

潮汐作用下的往复式弯道环流与径流式弯道环流的结构特征应有区别。该文建立三维水动力数学模型模拟黄浦江吴淞口弯道环流,提出涡度作为环流强度指标,对吴淞口弯道环流时间和空间分布进行统计分析。结果显示,吴淞口弯道环流强度分布呈现弯道中段小、进出口两端大;在一个潮周期中涨潮期间环流强度大于落潮;涨潮时环流强度变化大,变化快,落潮时环流强度较稳定,变化小。     

土石坝漫顶溃决过程数值模拟研究

针对水动力条件变化复杂、水土耦合作用强烈的土石坝溃决过程,结合水库调洪演算、清水冲刷以及溃口冲刷侵蚀机理,在Breach模型基础上建立了土石坝漫顶溃口流量过程计算物理模型。结果表明:模型对JP水库大坝溃决过程的模拟,很好地再现了溃决洪水流量过程线、溃口展宽和下切过程,验证了模型的合理性和应用潜力。     

急弯段闸孔出流的弯道水流特性研究

在河弯处修建水工建筑物时,研究弯道水流特性对水工建筑物布置的影响十分重要。采用RNCκ-ε紊流模型对急弯段闸孔出流的弯道水流进行了三维数值模拟。通过模拟计算,比较分析了急弯段不同闸位、不同流量条件下闸孔过流时的流速分布、紊流动能、压强分布和环流等相关水流特性与变化规律。分析研究结果表明,闸坝位于弯道上游时,弯道对闸坝过流的影响最小,但需对闸坝下流弯道凸岸岸坡附近区域采取一定的防护措施;闸坝布置在弯道中游时,过闸水流受弯道的影响最小,闸室水流的稳定性、闸门的工作安全以及闸墩的空蚀破坏都是实际工程中需要注意的重点。数值模拟验证与物理模型试验结果吻合较好,计算精度较高,能够满足相关计算研究要求。