弯道水流的三维解法

本文提出分区域研究弯曲河道水流动特性的概念，在此基础上，从Ｎ－Ｓ方程出发，对弯曲河道分凸岸和凹岸两个区域分别建立三个维水流速计算模型，并采用摄动法对模型进行了求解，经美国原型观测资料验证，表明模型精度较高，结果令人满意。     

复式断面交汇水流滩槽交界水流特性试验研究

通过在室内自制水槽模型内布置网格,利用先进的声波多普勒流速仪（ADV）测取网格内各点流速。再把各点的流速数据输入软件,通过做切片云图和分析流速数据的方法,研究复式交汇河道滩槽交界水流流态及某一特征断面的剪应力分布。结果表明：滩槽交界附近存在一个流速间断面,在这个区域水流所受阻力较大;复式河道断面的平均流速与剪切应力呈线性关系。     

连续弯道水流运动的三维数值模拟

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述连续弯道水流的三维数学模型,用Shukry的强弯道试验结果对数学模型进行验证.结果表明,该模型能够很好地模拟弯道内水流的流速分布.采用该模型模拟了在不同弯曲度的连续弯道中的水流运动,结果表明:水流流速在弯顶靠近凸岸处较大,而凹岸处较小,弯顶处的水流断面流速分布和下一个弯顶处呈横向对称,且在两弯顶中间形成过渡.由于水流凸岸流速大于凹岸,因此当河岸类型为可侵蚀河岸时,凸岸将可能向后崩退,形成切滩.随着弯曲度的增大,弯道水流动力轴线更贴近凸岸.当河道弯曲到一定程度,一旦遇到洪水,很可能冲开河岸的束缚发生裁弯取直现象,并发展出新的河道.     

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     

生态型河道水流特性研究现状

针对生态型河道中植被用于水质改善和美化景观时破坏了原来河道中水体结构的问题，回顾了国内外有植被河道水流特性的研究进程，从试验模拟和数值模拟两方面总结分析已取得的研究成果，认为水中植被的存在改变了原来水流的运动特性，并对影响水流特性的各种相关因素进行分析探讨，指出目前研究方法存在的局限性。鉴于生态型河道水流问题的复杂性，指出实际工程中应综合考虑多方面影响，合理种植植被，并对今后的研究进行展望。     

复式分汊水槽水流特性试验研究

黑龙江等平原河流水域宽广,常形成分汊河道形态,汊道两侧往往具有宽阔的河漫滩,河道成复式断面形态.为探究以黑龙江为代表的复式分汊河道水流运动特性,以流量和主槽深度作为试验变量,设计了清水冲刷的对称分汊水槽试验.试验所得水流运动特性,对预测黑龙江滩洲的演变及稳定发育提供一定的理论依据.分析表明,水流纵向、横向流速平面分布主...     

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。     

常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。     

天然连续弯道中水流运动的三维数值模拟

为了研究天然河道中水流运动规律和河床演变及泥沙冲淤,建立了适体坐标下修正的紊流水流数学模 型. 采用有限体积法离散控制方程,并运用SIMPLEC 算法计算了黄河沙坡头河段连续弯道的三维水流流场,通 过实测资料对计算结果进行了对比分析. 结果表明,模型计算值与实测值吻合较好,反映了天然连续弯道水流 的基本特性,即水面的水质点向凹岸运动, 而近底的水质点向凸岸运动. 说明该模型可以用于模拟天然连续弯 道的水流运动.     

弯曲复式河道水流特性数值模拟研究

为了解二维、三维模型在弯曲复式河道水流数值模拟中的应用情况,利用物理模型试验数据验证二维模型的计算结果,并对断面水面线进行了分析。可以看出,二维数模不适用于弯道水流的局部模拟,而适用于宏观水流流动的模拟。采用三维模型分析了弯曲复式河道中的二次流现象,结果表明,三维数模对于弯道水流的二次流、垂线流速分布模拟效果比较理想,可以得到弯曲河道水流运动的基本规律。     

蜿蜒性河流演变机理研究

从宏观规律入手,采用概化方法研究了蜿蜒性河流的演变机理。在观察分析蜿蜒性河流演变规律的基础上,提出了弯曲河流的演变过程,即河流演变初期表现为沿轴线左右摆动,因受柯氏力的影响轴线逐渐弯曲,由于摆幅的增大和轴线曲率半径减小,使河流呈现出由顺直-微弯-蜿蜒-裁弯的演变过程。     

弯曲河道对水流流态影响数值模拟

蜿蜒型河流是冲积平原常见的河型之一。针对具体河流的特定自然条件,需要对不同河道形态下的河道特性做出预测,以便选择和调整相应方案。采用集水动力模块、泥沙输运模块、污染物运移模块和水质预测模块为一体的环境流体动力学模型,利用计算机进行数值模拟,对京郊某弯曲河道3种河道形态在50年一遇洪水过程下进行数值模拟,在此基础上对3种工况下河道的水流特性进行分析,发现工况一弯道处凸岸流速先增加后减小,凹岸流速先减小后增大,凹岸水位明显高于凸岸水位;工况二两岸流速分布较为对称,叉道起到分洪滞洪作用;工况三两岸水流摆动现象不如工况一明显,衬砌工程量较小,并提出相应河道保护措施。     

河流演变规律的实验研究

通过自然模型实验的方法,借助模型小河模拟了自然界中顺直河道洪水情况的演变和正常情况下河流弯曲与分汊的演变过程,针对自然河流的形态特征,弯道的形成条件以及河湾的演变趋势进行了研究.实验再现了自然河流的演变过程,通过数据分析得到了自然河流的演变规律.     

基于树木年轮的弯曲河流河湾迁移速率估算

针对河流源区缺乏长期的河流监测数据,难以确定河湾迁移速率的问题,通过2016年和2017年2次对黄河源区的实地考察和采样情况,以典型弯曲河流白河的9处河湾为例,根据河湾凸岸淤长与植被演替的关系,利用树木年轮分析判断树龄,依据树木位置和树龄的关系估算弯曲河流河湾迁移速率。估算得出白河9处河湾迁移速率为0.38～6.10 m/a,迁移速率与水流流速、河道比降、凹岸滩高和河谷宽相关,最大迁移速率出现在河湾弯曲度最小的9号河湾。     

弯曲河流三维数值模型

将平面正交曲线坐标系和垂向σ伸缩坐标系相结合,建立适合弯曲河流的三维水流数值模型。采用模式分裂技术将控制方程分解为外、内模式联合求解,方程的离散采用有限差分法。采用嘉陵江广元城区河段5个弯段内7个典型横断面地形、水位和流速资料对本文模型进行验证,模型成功地模拟出了水面横比降和弯道二次流,模拟结果与实测数据吻合较好。     

Hydrostatic versus nonhydrostatic hydrodynamic modelling of secondary flow in a tortuously meandering river: Application of Delft3D

Given the importance of pressure gradients in driving secondary flow, it is worth studying how the modelled flow structures in a natural river bend can be impacted by the assumption of hydrodynamic pressure. In this paper, the performance of hydrostatic versus nonhydrostatic pressure assumption in the three‐dimensional (3D) hydrodynamic modelling of a tortuously meandering river is studied. Both hydrostatic and nonhydrostatic numerical models were developed using Delft3D‐Flow to predict the 3D flow field in a reach of Stillwater Creek in Ottawa, Canada. An acoustic Doppler velocimeter was employed to measure the 3D flow field at a section in a sharp bend of the simulated river at two flow stages. The results of the Delft3D hydrostatic model agreed well with the acoustic Doppler velocimeter measurements: The hydrostatic model predicted reasonably accurately both the streamwise velocity distribution across the section and the magnitude and location of the primary secondary flow cell. The results of the Delft3D nonhydrostatic approximation showed that the model was not conservative and could not accurately generate either the secondary flow or the streamwise velocity distribution. This study illustrated the superior performance of the hydrostatic over nonhydrostatic 3D modelling of the secondary flow using Delft3D. Several possible reasons for unfavourable performance of the nonhydrostatic version of Delft3D are discussed, including the pressure correction technique employed in Delft3D. Considering the uncertainties that may arise in both modelling and field measurements, the 3D hydrostatic Delft3D model was capable of reasonably predicting the river bend flow structures in the studied meandering creek.     

河渠水面线推求方向的可行性研究

河渠水面线的推求,首先必须确定推求方向,因为虽然从理论上可从上游或下游断面开始递推,但实际上都可能遇到无法推求的情况.构建的规则河渠水面线推求方向可行性分析方法,首先分析水面线计算式上、下断面能量函数曲线的特性,研究计算河段长度、河道底坡对其的影响;然后探讨上、下断面的能量函数曲线相对位置关系,从而探究无法推求的原因及求解的规律性,并以实例进行分析.研究结果表明,由下游向上游推求等截面缓坡、临界坡河段及收缩河段,或由上游向下游推求等截面陡坡、临界坡河道及扩散河段,总能找到可行解或通过缩短计算河段长度找到可行解;而由上游往下游推求等截面缓坡河段、收缩河段,或由下游向上游推求等截面陡坡河段、扩散河段时,则存在无解区域,且无解区域发生在临界流态的某一邻域内,邻域左右半径不一定相等;此外,河段长度愈长,坡度愈陡,邻域半径愈大.     

弯曲性分叉河道中污染物扩散性的初步研究

弯曲性分叉河道中水流特征复杂,对污染物扩散有很大影响。为了定量分析其水流特征对污染物扩散的影响,采用有限元方法求解弯曲性分叉河道中的污染物扩散数学模型,研究其中污染物扩散的状况。主要针对河道回流、绕流对污染物扩散的影响进行了详细数值模拟计算,并分别给出了可视化结果及平均的扩散距离。计算结果表明:边界层稍微减弱污染物的扩散,弯道分离使污染物扩散呈现多向扩散,而回流和绕流尾迹区使污染物很难扩散,从而有利于泄漏污染物的收集和集中治理。     

考虑河岸冲刷的弯曲河道水流及河床变形的数值模拟

本文将正交曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型和粘性河岸的冲刷模型结合，用于模拟弯道内的水流运动、悬移质泥沙的输移、河床的纵向及横向变形.用水槽试验资料验证了本文提出的水流模型，结果表明流速分布、水位等计算结果与实测值相当符合.应用建立的水沙数学模型以及河岸冲刷模型，模拟了一概化弯道在持续清水冲刷下的主流线位置、断面形态、主槽比降的变化过程，模拟结果符合弯道演变规律.