大柳树一沙坡头河段泥沙运移二维数值模拟

黄河大柳树一沙坡头河段位于宁夏境内,是由5个弯道组成的连续弯道,具有较为复杂的地形特征.利用所建立的修正的平面二维RNG k-ε紊流泥沙数学模型,对该河段水流运动及泥沙运移进行了平面二维数值模拟研究.采用全沙模型,考虑不同粒径组悬移质和推移质运移对河床演变的影响.通过数值模拟结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够模拟具有连续弯道的天然河流水流运动及泥沙运移过程;建立了一种关于泥沙数学模型中水流模块和泥沙模块的半耦合式算法,其计算量比耦合式算法较小,但计算精度比分离式算法较高.     

高含沙水库泥沙运动数学模型的研究及应用

通过修正泥沙运动基本方程，并采用水流挟沙力、河床糙率、异重流计算等方面的最新研究成果，建立起高含沙水库泥沙数学模型。通过选择黄河三门峡水库及巴家嘴水库的泥沙观测资料进行仿真计算，证明了所建模型的可靠性。并应用该数学模型模拟泾河东庄水库泥沙淤积及排沙规律，取得了与泥沙模型试验结果相接近的计算成果，表明该模型具有模拟高含沙水流运动、溯源冲刷、泥沙级配变化、异重流运动等功能。     

溃坝水流作用下急弯河道泥沙输移数值模拟

将有限元特征分裂算法(CBS)应用于二维浅水控制方程的求解中,建立了模拟溃坝水流泥沙输移的数学模型。CBS算法在计算对流主导的问题时具有很好的稳定性与较高的精度,适用于处理溃坝水流流速大,水位、床面变化剧烈等问题。应用该模型对90°急弯河道全溃所致的水流运动进行了数值计算,并与试验资料进行了比较,证实了该方法的可靠性。最后用该模型模拟了180°弯道中溃坝水流在缓坡、陡坡时的洪水演进与泥沙输移。结果表明:模型能够较好地模拟溃坝水流运动,模拟结果符合水流泥沙运动规律。     

高含沙模型相似律及设计实例

本文提出了既适用于低含沙水流，又适用于高含沙水流的泥沙模型相似律。阐述了进行泥沙模型设计和试验的关键技术。给出了黄河小浪底水利枢纽泥沙模型的具体设计。模型试验的结果表明，按该相似律设计的泥沙模型，可使模型中的水流条件、泥沙运动和异重流的运动规律，河床的冲淤部位、冲淤数量和淤沙粒径与原型达到基本相似。     

高含沙模型相似律及设计实例

本文提出了既适用于低启沙水流，又适用于高含沙水流的泥沙模型相似律。阐述了进行泥沙模型设计和试验的关键技术。给出了黄河小浪底水利枢纽泥沙模型的具体设计。模型试验的结果表明，按该相似律设计的泥沙模型，可使模型中的水流条件，泥沙运动和异重流的运动规律，河床的冲淤部位，冲淤数量和淤沙粒径与原型达到基本相似。     

基于灰色马尔柯夫模型的水体泥沙含量预测

灰色马尔柯夫模型是一种随机预测模型,被广泛的应用于社会、科学的预测中.本文利用灰色马尔柯夫模型对室内试验水流泥沙含量进行了预测.经验证,灰色马尔柯夫模型适用于对水流泥沙含量预测,并具有较好的精度.在此基础上,提出了改进的建议,使模型更具有实用性和可操作性.     

波流耦合作用下紊流边界层水沙数学模型

在河口地区,波流相互作用下紊流边界层的泥沙起动输移规律非常复杂,深入探讨其泥沙运动规律很有必要。该文基于波浪边界层的控制方程,引入了时均水流压力,通过波流相互作用下的摩阻流速反映波浪与水流的夹角,用标准k-ε模型封闭方程,建立了波流叠加的紊流边界层内的弱耦合水流模型,分别讨论了波浪速度振幅、时均流速等的分布情况,与实测数据对比得到了较好的模拟结果。其次,基于水流模型建立了泥沙模型,采用对称振荡流和波流相互作用两种情况下的泥沙实测数据验证了泥沙模型的正确性,讨论了不同分布规律的涡黏系数对于模型的影响,为实际工程提供理论参考,结果具有一定的指导意义。     

河口及近岸水域3维悬移质泥沙数值模型

本文详细介绍了对河口及沿海水域悬移质泥沙输移数量进行预测的3维分层总合模型。该模型运用了有限差分法求解悬移质泥沙的质量守恒和动量守恒方程以及泥沙输移方程。为求解悬移质泥沙输移方程，运用了算子分离法和高精度有限差分格式。该模型已分别对照不同水流类型和边界条件     

引黄灌区渠网泥沙数学模型

引黄渠系一般比较复杂．渠系的泥沙淤积详细模拟比较困难。本文通过建立引黄灌区渠网泥沙数学模型，对引黄渠系的泥沙淤积问题进行了模拟研究．渠系分水分沙与泥沙淤积模拟结果与观测结果符合良好。利用该模型就引水流量和引水含沙量对渠系泥沙淤积的影响进行了模拟研究，得到了相关曲线，增加了对渠系泥沙淤积影响因素的认识。水流泥沙数学模型可以作为研究引黄渠道的泥沙淤积规律的有效手段，可以应用于沉沙措施、调度运行方式研究等方面。     

浑水水力分离装置中水沙两相湍流的数值模拟

文章采用RNG(重整化群)k-ε双方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对浑水水力分离装置内水沙两相湍流场进行了数值模拟,得到浑水水力分离装置的柱体区、悬板区以及锥体区内含沙水流的平面速度矢量分布、含沙水流的紊动强度分布以及泥沙体积浓度分布。通过装置内清、浑水流场的计算结果,分析了泥沙的存在对装置内水流平均流速和紊动强度的影响,以及不同区域内影响水沙分离的主要作用力。研究结果表明泥沙的存在不会削弱水流的平均运动,但泥沙可有效地抑制水流的紊动扩散作用,有利于悬浮泥沙的沉降,装置内不同部位影响水沙分离的主要作用力不同,在锥体区和悬板区水沙分离主要依靠离心力,而在柱体主要依靠重力沉降。     

黄河河口水沙运动的二维数学模型

本文针对黄河河口河道水沙潮波的特点，从水流连续方程、运动方程，泥沙运动方程出发，补充了潮流挟沙能力的计算公式，建立了黄河河道河口二维数学模型。以1982年实测资料，从潮位过程、流速大小和方向及海底冲淤变形等方面对数学模型进行了验证计算。在此基础上开展了典型水沙条件下黄河河口泥沙运动规律的模拟研究。其结果揭示了黄河河口清水沟所处海域的潮流潮汐特性和泥沙输移规律。这些成果与实测资料以及卫星遥感分析结果一致，进一步表明了模型的可靠性。     

Large-scale 3D numerical modelling of flood propagation and sediment transport and operational strategy in the Three Gorges Reservoir,China

Sediment deposition carried by flood flow is the main cause of reservoir sedimentation. This can be reduced by an appropriate operational strategy of flood flow and sediment in the reservoir. High-precision and large-scale hydrodynamic models to predict flood propagation and sediment transport in reservoirs are extremely important for an efficient flood forecasting and real-time joint regulation of water and sediment in reservoirs. In the present study, the three-dimensional (3D) numerical semi-implicit cross-scale hydroscience integrated system model (SCHISM) was adopted to model the flood propagation and sediment transport in the approximately 280-km-long reach in the Three Gorges Reservoir. This model is mainly focused on analysing the asynchronous movement characteristics of flood propagation and sediment transport and the operational strategy of sediment peak regulation. The flood event in July 2013 was reproduced by the numerical model, which was validated by a comparison with the measured data. The results indicated that the numerical model has the ability to accurately simulate the flood propagation and sediment transport processes. The time that the sediment peak lags behind the flow discharge peak increases as the flood waves propagate downstream, reaching 8.1 days at the dam site. During the rising period of the flood, the discharged flow is lowered to reduce the flood peak, and when the sediment peak reaches the dam, the discharged flow is increased to release high concentration sediment during the flood recession period so as to reduce sedimentation in the reservoir. The model results agreed well with the measured results. The 3D numerical model can be used for the real-time prediction of the arrival time of the flow discharge and sediment peaks for the joint regulation of water and sediment in the Three Gorges Reservoir.     

引黄灌区非均匀沙运动数学模型研究

泥沙问题是制约引黄灌区可持续发展的重要因素，灌渠的规划设计阶段和日常的运行管理中都需要掌握渠道的泥沙冲淤情况。本文根据一维水流非均匀沙运动方程，结合灌区灌溉特点和测量资料情况作了概化处理，建立了适合于灌区的非均匀沙冲淤计算的数学模型。模型中考虑渠系沿程的分水分沙和冲淤交换，将断面流量按渠段划分并计算，悬移质泥沙按粒径分组计算，根据分组水流挟沙力和非均匀悬移质不平衡输沙公式计算泥沙含沙量。模型采用山东簸箕李灌区的实测资料进行验证，表明模型可用于预测不同来水来沙条件下非均匀沙在渠道内的运动淤积分布情况。     

具有河网水沙运动特点的人工神经网络模型

本文将人工神经网络模型与河网水沙连续方程联系，建立了具有河网水沙运动特点的人工神经网络模型，赋予神经网络内部参数物理概念。该模型的特点是对河道地形要求不高，能够满足水沙输移实时预报的要求。利用所建模型对长江中游荆江及洞庭湖区水沙运动规律进行模拟，结果表明该模型能够较好地反映河网水沙输移规律。     

温州近海及河口二维水沙数值计算模式

为了合理开发、科学利用温州的海岸及港湾滩涂资源，切实反映众多围垦工程对海洋水沙环境的综合影响，建立了温州近海及河口二维水沙数值计算模式。验证结果和水流场、含沙量场表明，该模型较好地反映了温州近海及河口水流的运动特征和含沙量场的分布规律。     

生物絮凝泥沙运动输移数学模型

近几十年来,河流中生物絮凝泥沙的运动输移对河流生态系统与水工建筑物等造成的影响,已逐渐成为一个研究热点。本文将泥沙运动输移模型与生物絮凝机理模型耦合起来,构建生物絮凝泥沙运动输移数学模型,以预测富营养水生态系统中生物絮凝泥沙运动输移过程中的浓度及水位变化。模型中,通过求解一维非恒定流圣维南方程来计算水流,将生物絮凝视为导致悬浮泥沙絮团粒径变化的主要因素,通过不饱和非均匀输沙(泥沙/絮团)方法来模拟生物絮凝泥沙的运动。利用文献数据和室内水槽实验来验证生物絮凝泥沙运动输移数学模型,模拟结果与实验数据吻合较好,表明所构建的一维数学模型可以较好地模拟生物絮凝泥沙的输移特性。     

进口速度和颗粒浓度对旋流器分离效率的影响

采用高浓度多相流混合模型并结合雷诺应力方程对水力旋流器内水沙两相流动进行数值模拟,主要探讨进口速度和颗粒浓度变化对水力旋流器分离效率的影响。模拟得到了水力旋流器在进口浓度保持不变的情况下,速度变化引起的颗粒分离效率变化的规律;在进口速度保持不变的情况下,浓度变化引起的颗粒分离效率变化的规律。所得结果对水力旋流器的设计和应用具有指导意义。     

三峡工程运行后长江中下游河道设计频率水文年泥沙模拟研究

三峡水库运行以来,长江水沙发生很大的变化,为今后泥沙模型计算与试验水文条件的仿真性提供保证和依据,统计分析了三峡水库建库以来长江中下游泥沙的变化情况,并针对泥沙模型计算与试验中常选取的频率水文年的泥沙问题,做了详细的分析与研究。提出了泥沙模型中设计频率水文年所要模拟的沙质泥沙部分的处理方法与途径,即床沙质的输沙率过程采用流量输沙率关系推求设计洪水对应的沙量过程。并出于工程安全的考虑,采用流量输沙率关系的下包线作为沙量过程确定的依据。该方法较好地反映了三峡水库蓄水后泥沙量减少条件下的频率水文年泥沙模拟实际情况。     

平面二维溃坝水沙输移动床数学模型研究

为数值模拟溃坝洪水作用下泥沙输移及河床变形,建立了无结构三角形网格的平面二维水沙耦合数学模型。水动力学模型采用浑水流动方程,考虑了泥沙输移及床面冲淤变化对水流动量的影响;泥沙输移采用不平衡泥沙输移模式。模型数值计算格式采用守恒性较好的有限体积法,单元界面的对流通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算,扩散通量采用中心格式,不平衡泥沙输移方程采用坡度限制的二阶空间精度格式离散。模型经经典算例和小尺度瞬间全溃的动床实验资料检验,水面、床面及流速等计算结果与实验资料或解析解等比较吻合,分析了动床与定床水面及洪水传播速度的差异。在上述检验的基础上,采用动床模型对某河道型水库溃坝诱发的水沙运动进行了数值模拟,结果表明溃坝洪水下水流、泥沙及河床变形发生强烈的相互作用,采用水沙及河床变形耦合的数学模型是必要的。     

黄河下游灌渠水流泥沙数学模型

本文结合灌渠的结构特点及水流泥沙特性，对一维非耦合，非均匀、不平衡沙基本方程组进行了合理的简化，根据实体模型试验实测资料，确定了自流与提灌时干，支渠分流的不同分沙分水比。