挡潮闸下游河道冲淤的数值模拟

就挡潮闸下游河道水沙运动建立了一维水沙数学模型,采用Preissmann四点隐式差分格式离散非恒定水流方程,追赶法求解,并结合有限分析法思想离散求解悬移质泥沙方程.水流方程中,上游边界条件通过闸门的开度来控制.泥沙方程中,考虑床沙粒径变化并对床沙级配进行了调整.应用该模型对姚江陶家路闸闸下河道的水位、含沙量和河床变形进行了计算和验证.验证结果显示,水位与实测吻合,含沙量与实测增长趋势一致,河床断面反映了断面的基本变化,冲淤量与实测资料比较相符.表明该模型对挡潮闸闸门控制及闸下河床变形估算具有一定的指导意义.     

基于水沙数值模拟的某水库典型洪水过程冲淤特性研究

汛期洪水过程中的水沙运动规律及河床变形调整特点,对抽水蓄能电站下库库区防淤及电站安全运行十分重要。利用一维水沙数值模拟技术,开展了某抽水蓄能电站下库典型洪水过程的河床变形研究。介绍了MIKE11水动力模块的计算原理与泥沙输移模块的处理方法,构建了库区模型。根据电站对库水位周期性调节的要求,进行了模型参数调试与验证。利用所建模型进行了20年一遇洪水过程的水沙数值模拟,给出了洪水中水力要素的变化、河床的冲淤发展及淤积的沿程分布。结果表明:库区上游有冲有淤,泥沙淤积重心在拦河坝上游600~1 500 m的范围内;库区泥沙淤积总量约为18.6万t,排沙比约为11%。同时,研究表明可以通过优化电站运行方式提高水库的排沙比。     

电站取水河段长时段的泥沙淤积特性研究

针对现有2维水沙模型在计算长时段泥沙运动方面存在的计算效率较低和精度不足的问题,采用隐式与显式结合方式建立可用于长时段计算的2维水沙模型。采用基于欧拉-拉格朗日方法(ELM)的隐式格式对水流方程进行初步求解,然后采用显式迭代修正流场与水位,最后根据流场采用TVD格式求解泥沙模块。将该模型应用于昭化电站取水河段水沙模拟并对该河段多年后的河床冲淤情况进行预测。结果表明:水流模型计算不同频率洪水下取水口的水位和流速与物理模型结果基本一致;泥沙冲淤与模型试验结果宏观上较为吻合;随着电站运行年限的增加,取水口附近河床有一定泥沙淤积主要集中在左岸与中部;昭化水电站在"拉沙"方案下运行可有效降低取水口附近的泥沙淤积高程。     

考虑库区淤沙影响的溃坝洪水数值模拟

采用有限体积和有限差分相结合的数值方法,建立了一维溃坝水沙数学模型,基于新集水库库区泥沙淤积演算成果,分别对其在蓄水初期进行纯水溃坝计算和淤积一定年限以后进行水沙溃坝计算,合理地模拟了溃坝后断面流量和水位变化过程、河床冲淤变形等结果,并分析了泥沙因素对溃坝洪水波传播的影响.     

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。     

考虑粘性泥沙运动的黄河口二维水沙输移数学模型

为研究黄河口的水沙输移规律,采用基于无结构三角网格下的有限体积法建立了平面二维水沙数学模型.模型中分别采用不同方法处理粘性和非粘性沙的输移源项,并引入经验证的粘性沙输移源项改进公式.采用已有的概化水槽冲淤试验资料对模型进行了验证,然后应用于1982年6月至1983年5月期间黄河口水沙输移的数值模拟,计算得到的潮位过程及冲淤量与实测资料符合较好,结果表明模型能够较好地模拟考虑粘性沙运动的黄河口非均匀沙不平衡输移.最后比较了不同泥沙输移源项处理方式对模拟结果的影响,计算表明在黄河口水沙输移数值模拟中需要采用非均匀沙模型并同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移.     

利用涨落潮水流冲刷河口闸闸区淤积

河口挡潮闸闸区及其上下游河段淤积是冲积性河流河口比较常见的现象 .通过水槽模型试验 ,探讨了利用涨潮与落潮产生的潮位差冲刷闸区及其上下游河段河床淤沙的水力冲淤方式 ,对不同水力条件下水闸冲淤方式及冲淤效果进行了比较系统的研究     

黄河宁夏河段泥沙冲於变化计算分析

对黄河宁夏河段来水来沙、大断面、风积沙等实测资料进行了系统的整理分析,采用沙量平衡法和实测断面法分别计算了宁夏河段的冲淤量,两种方法计算的冲淤量非常接近.结果表明,黄河宁夏河段河道泥沙呈微於状态,其中下河沿至青铜峡段冲淤基本平衡,青铜峡坝下至石嘴山河段呈淤积状态.建议加快大柳树水利枢纽工程的审批力度,加强宁夏河道淤积观测,加速清水河的综合治理.     

平面二维全沙数值模拟方法及其应用

采用有限体积法对正交曲线坐标系下的平面二维水沙微分方程进行了离散,建立了平面二维全沙数学模型.在一概化的单边突然扩宽河道中对河床冲淤过程中悬移质含沙量及其级配、推移质输沙率及其级配、床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,并模拟出了由河床冲刷引起的床沙粗化、抗冲层的形成过程以及河床淤积过程等泥沙特性的变化.数值计算结果表明,该模型在定性上能正确地模拟水流以及河床的冲刷、淤积过程.     

三峡水库新蓄水方案对重庆河段航道的影响

运用重庆河段平面二维泥沙数学模型对三峡水库蓄水方案改变后重庆河段水流运动及泥沙冲淤进行模拟.文中给出了数学模型的计算条件、关键问题的处理方法及详细验证结果,并运用此模型计算分析了三峡水库采用新的蓄水方案后重庆河段在100年内的冲淤变化情况,结果表明:模型验证结果良好,具有较强实用性;新的蓄水方案情况下,重庆河段在三峡水库蓄水后淤积量逐年增长,泥沙淤积纵向分布主要集中宽阔的浅滩段,横向分布主要集中在汛期的回流区或边滩部位,部分浅滩河段随着三峡水库运用时间的增长出现碍航问题.     

黄河河口泥沙控制的模拟研究

为了深入研究河道治理和引渠设计等工程中的冲淤控制问题,根据泥沙冲淤的自组织特征,即河流所具有的冲刷与淤积间的反馈自调节机制,建立了河流网上泥沙输移的动力学模型.利用该模型通过调节输沙比例对黄河下游河道的减淤控制进行了数值模拟.分析表明,在清水期,干流河段的状态近似于稳态,此时可以通过调整某一支流的流量来减少下游的淤积;在由清水向浑水的过渡期,河流的冲淤状态处于瞬态,此时可以通过向位于开始淤积河段处的支流注入清水的办法,使下游河段由淤积转变为冲刷.该方法类似于近几年黄河上实施的调水调沙试验,即"大水冲刷,"但差别在于该方案是引清水,而调水调沙试验是加浑水.研究结果表明,针对不同时期的2种控制手段都能实现对下游河段的减淤增排,能够对相应的工程问题提供启示和借鉴.     

山区多沙河流漂石河段洲滩发育特征试验研究

山区多沙河流漂石河段受水沙条件影响,洲滩发育丰富,改变了漂石河段的水沙运动规律及洲滩演变特征。基于野外调查与室内物理模型试验,探讨了漂石对多沙河段水动力特征及洲滩发育过程的影响。通过都江堰市岷江支流白沙河与龙溪河的野外调查,分析了典型漂石河段床沙组成及漂石河床形态特征。由于山区河流暴雨洪水及挟带的泥沙及河道地形多变等因素,大量上游来沙在漂石河段落淤,河床内洲滩的大量发育。通过系列室内物理模型试验,分析不同泥沙补给条件下漂石河床的洲滩形成过程及河床形态变化与水位响应过程。研究结果表明：暴雨山洪产生丰富的泥沙补给,导致白沙河与龙溪河的粗颗粒平均粒径粗大,存在大量漂石,形成漂石河段。漂石河段水力要素多变,河床形态剧烈调整。当上游泥沙补给时,受漂石周围水流变化影响,漂石河床局部以横向带状溯源淤积为主,下游段两侧淤积突出,极易形成漂石洲滩,从而增大局部河床比降,减缓河道下切。上游来沙不均匀过程显著改变了漂石河床局部水位及泥沙淤积规模。因此,通过野外调查与室内物理模型试验,揭示了水沙条件下的漂石河床形态变化特征,山区河流上游来沙与漂石共同影响洲滩发育过程,表明漂石对山区多沙河流的水沙运动产生突出影响。     

三峡水库泥沙淤积滞后响应规律

滞后性是河流系统自动调整的重要特征之一,以往对于三峡水库泥沙淤积滞后响应规律的研究相对较少。本文采用实测资料分析与滞后响应模型等理论模型研究相结合的方法研究三峡水库泥沙淤积响应规律。首先,统计三峡水库蓄水以来水沙条件以及泥沙淤积特性变化,分析梯级水库蓄水对三峡水库水沙条件以及库区泥沙淤积的影响,在此基础之上,通过考虑入库流量、含沙量、泥沙中数粒径以及坝前水位优化已有的库区泥沙淤积滞后响应模型。从已有的以及优化后的模型模拟结果可以看出：①优化后的泥沙淤积滞后响应模型能够更好得模拟梯级水库蓄水后三峡水库泥沙淤积的过程。②梯级水库蓄水后,三峡水库来水来沙变幅减小,来沙更加集中在汛期,河道调整速率加剧,河道调整的时间尺度有所缩短,表现为三峡水库泥沙淤积滞后响应年限从前期4年缩短到前期3年。③梯级水库蓄水后,入库含沙量对于库区泥沙淤积过程的影响权重有所增加,入库流量以及坝前水位对库区泥沙淤积过程的影响权重降低。     

中小型水电站取水防沙的水工与河工综合设计

针对我国中小型水电站首部枢纽取水防沙工程布置及水库运行调度的一些技术问题,通过一个具体的水工泥沙模型的试验实例,研究从河流工程设计和水工建筑物优化布置两方面着手,并综合考虑水库经济合理的泄放规则,使调水调沙紧密结合,以协调河道造床作用、冲沙、发电与防洪等相互之间的矛盾,积极探索有利于库区防洪、闸前防淤、闸下防冲和满足引水发电及枢纽安全要求的措施,最终达到引水冲沙效果好,工程量又最小之目的。     

三峡工程青岩子河段平面二维河床变形初步计算

本文应用平面二维泥沙数学模型对三峡工程青岩子河段建库后的河床冲淤变化进行了初步计算。结果表明:数值计算结果与实物模型试验结果基本一致。     

子牙新河河口水沙基本特征分析

文中简要介绍了子牙新河河口30余年的全潮、纳潮、纳潮冲淤及纳潮冲淤加闸下拖淤试验情况,对各种情况下的潮汐水文观测资料等进行了分析,归纳总结了子牙新河河口的水沙基本特征,对子牙新河河口防淤减淤提出了建议。     

环境流体密度分层对浊流的流动和沉积的影响

基于雷诺平均的数学模型模拟研究环境流体密度分层与否条件下,2种入流机制的含多粒径颗粒物浊流由斜坡流至水平地形上的流动和沉积。结果表明:突然释放型浊流不论环境流体有无密度分层均在斜坡及水平地形前段形成沉积物波,而环境流体无密度分层的连续入流型浊流未出现波状沉积;自近源地区至远源地区沉积物粒径逐渐减小,但突然释放型浊流在波状沉积位置有大粒径沉积物,连续入流浊流沉积呈现更均匀的由上游至下游的自然粒径分选。     

透水结构促淤试验研究

透水整治建筑物以其自身优势已逐渐被用于河道整治中.通过水槽试验和现场试验,分析不同透水性结构对水流特性以及泥沙运动的影响,提出一种可抛投的透水三角网促淤结构,为透水结构缓流促淤机理的深入研究及其推广运用提供参考依据.研究表明：不同透水性三角网对水流泥沙运动的影响不同,采用合适孔径三角网可以起到较好的缓流促淤作用;该装置具有结构简单、成本低、可预制、施工方便、淤积速度快等优点,此外,不需要任何外加动力和能源,对河势干扰小,具有较好的应用前景.     

围垦和淤积对洞庭湖调蓄量的影响

根据实测资料分析了荆江三口分流分沙比的变化及洞庭湖、螺山汉口河段泥沙淤积的变化规律 ,重点研究了湖区人工围垦和下游淤积对洞庭湖调蓄量的变化的影响 .结果表明 :人工围垦使湖区调蓄量减小 ,下游淤积使调蓄量增加 ,除个别围垦较剧烈的年份之外 ,二者的综合作用使调蓄量基本为逐年增加 .     

堰塞坝背水面坡度对溃决过程影响机理大尺度试验

堰塞坝溃决物理概化试验是当前研究堰塞坝溃决机理较为可行的方法,但在现有堰塞坝溃决试验中,由于试验坝体尺寸较小、试验上游库容不足,导致试验的溃决过程与实际堰塞坝溃决存在较大差异。为尽量克服库容的不足所带来的影响,本文采用了最大库容达380m3的大尺度堰塞坝溃决试验系统。本文以无粘性、宽级配砂砾料堰塞坝为对象开展了多组室内大尺度溃决试验来揭示堰塞坝溃决机理,并通过设置不同背水面坝坡来研究其对溃决过程的影响。通过试验发现堰塞坝溃决过程可以分为沿程冲刷、溯源冲刷、快速发展和溃口稳定四个阶段。在溃决过程中发现陡坎侵蚀和溃口两侧土体失稳坍塌是溃口快速发展的主要机理。不同背水面坡度下的沿程冲刷阶段冲蚀特征基本相似,而溯源冲刷阶段及快速发展阶段溃决过程差异显著,较大的背水面坡度使溯源冲刷阶段跌坎水流更容易得到发展,进而影响溃口处的垂向冲深及侧向发展,导致快速发展阶段更易形成垂向落差较大的陡坎洪水冲蚀。从溃决历时来看,坡度的增加使溃口发展更快、峰值流量出现时间更早,进而导致溃决历时缩短。坝顶溃口宽度及峰值流量也会随着坡度的增加而增加。在本试验还较好地重现了天然堰塞坝下游河道两岸的淤积现象,并根据堰塞坝溃决过程中的水流特点、泥沙运动及溃决完成后下游河道的地貌,初步分析了淤积区的形成机理。