基于MIKE21的跨河桥梁壅水数值模拟分析

为明晰黄河上游河道桥梁壅水特性并探究数值模拟法在防洪演算中的可靠性,以宁夏回族自治区境内黄河青铜峡至石嘴山段(以下简称“青石段”)内连续7座桥梁为研究对象,运用MIKE21水动力模块构建二维水动力模型,对不同洪水频率下桥梁壅水特性进行数值模拟与对比分析。结果表明：在对二维水动力模型率定与验证的过程中,模拟值与实测值相对误差均小于5%,边界约束条件与河道糙率均经率定分析后取值;随着洪峰流量的减小,河道流速降低,桥墩壅水值在0.10～0.28 m水位范围内波动,对比模型模拟结果与经验公式计算结果,Henderson公式计算值与二维模型模拟值更为接近且变化趋势较一致,而陆浩公式计算结果相对偏大。本研究可为跨河建筑物壅水特性影响分析与河道防洪演算提供经验参考和理论依据。     

基于MIKE21二维数值模拟的不同桥墩概化方式下河道壅水计算结果对比分析

以梯形断面河道为基础,采用MIKE21软件,建立河道平面二维水流数学模型。通过3种不同桥墩概化方式:(1)桥墩视为陆地边界,桥墩内部网格不剖分,不参与数值计算;(2)桥墩处局部地形修正法;(3)桥墩处局部糙率修正法,模拟桥墩壅水问题。对比分析3种概化方式壅水计算结果,得出3种不同概化方式各自的适用性及优缺点,对实际工程应用具有一定指导借鉴意义。     

基于MIKE21的取水泵房二维水动力学模拟研究

为优化巢湖市长江供水工程取水泵房型式及评价建成后对长江行洪的影响,基于 MIKE 21 软件建立了东梁山至石跋河河口江段二维水动力学模型,选用非结构化三角网格进行水流数值模拟。经分析,圆形取水泵房周边水流过渡较长方形取水泵房更平稳;泵房建成后对长江行洪影响甚微,泵房周边水位、流速、流态均会产生一定变化,但总体变化值较小,仅限于泵房附近小范围江域。     

基于MIKE 21的密云水库二维水质模拟

根据密云水库的地形、水文等信息,利用MIKE 21模型对密云水库水动力进行模拟,模拟效果能较好地与实际监测数据吻合,模拟误差在计算要求范围内;根据密云水库水质数据,利用ECO Lab水质模型耦合水动力模型,模拟南水北调来水对密云水库水质、水生态的影响,模拟成果对密云水库水环境管理工作具有一定的指导意义。     

基于MIKE21模型的水交换数值模拟研究

以滇池草海生态清淤为工程背景,基于二维数值模型MIKE21 HD FM和MIKE21对流扩散模块建立了滇池草海水动力模型和对流扩散模型,对东风坝三种处理工况滇池草海水动力环境和水体的交换程度进行数值模拟.根据二维水动力和水交换模型模拟计算结果表明,拆除东风坝后固然可以最大幅度地提高原来东风坝区域内部的交换水效率,但通过...     

桥渡壅水对河道水位流场影响二维数值模拟

采用Simple算法建立了一套河道平面二维水流数学模型.针对桥渡壅水问题,提出了两项措施来进行桥墩的概化:①局部地形修正,主要通过增加桥墩所在节点的河底高程来反映桥墩对河道过水面积的压缩效果;②局部糙率修正,主要通过加糙来反映桥墩的阻水作用.通过对工程问题的计算验证其效果,选取赣江神岗山-井冈山拟建的阳明大桥长约7.5 km的河段作为计算河段.地形采用2000年实测河道地形图.计算网格采用边界层坐标系下河道拟贴体正交网格.网格节点数为73×70个,计算结果较好地反映了建桥前后桥墩附近水位流场的变化情况,说明桥墩概化较为合理.     

基于MIKE21 FM模型的跨河桥梁壅水影响研究

MIKE21 FM模块是以非结构化网格为基础的平面二维水动力模型,可对河道地形、道路边界进行灵活概化,桥墩阻力采用亚网格技术处理,模拟结果能够较好地反映计算河段的流场、流速和水位等要素及桥梁周边的要素变化情况。根据大凌河入海口处地形地貌复杂、阻水边界不确定的特点,进行了多方案的水动力模拟计算,分析不同桥长方案下河道水位、流速的变化规律,为工程建设方案比选和防洪评价提供科学依据。     

墩柱壅水数值模拟研究

紊动黏性系数是墩柱壅水数值模拟中的重要参数,在现有利用水动力数学模型分析墩柱壅水的研究中,对紊动黏性系数取值规律的研究仍然不足。首先设计壅水物理模型试验实测墩柱壅水,然后采用二维水动力数学模型模拟墩柱壅水,分析几种紊动黏性系数取值方法对壅水高度的影响及敏感性。结果表明,E取常值,按Peclet数取值,按Smagorinsky方程取值,均可以成功进行壅水计算,但3种紊动黏性系数取值方法与壅水高度的作用规律各不相同。     

基于MIKE21 FM的普湾潮流场数值模拟

伴随着国家近年海洋经济的热潮,大连市普湾新区得到了长足的发展,同时也对该区域的潮流特征研究提出了新的要求,由于该区域地形复杂,长时间序列的实测资料难以获得,决定采用MIKE21水动力模块搭建普湾平面二维潮流数学模型,并将数值模拟结果与实测数据进行了对比。验证结果表明,模型计算值与实测值吻合程度较好,所建模型能够很好地反映普湾的潮流特征,可为该海域的工程建设、环境保护提供基础数据。     

基于MIKE21模型的普者黑湖水环境数值模拟研究

普者黑湖是云南石漠化地区喀斯特地貌岩溶湖的典型代表。近年来,受渔场养殖、民俗旅游及农业面源污染等影响,湖泊水质污染问题日益凸显,在流域水文水质监测资料十分匮乏的条件下,水环境数值模拟研究对于预防普者黑湖水质污染具有重要意义。基于污染源调查、水质监测与水文数据资料,构建了MIKE21模型的普者黑湖平面二维水动力与水质模型,模拟分析了普者黑湖湖流形态、环流结构及入湖污染物在湖区内迁移扩散状况,揭示普者黑湖水动力特性及入湖污染物的迁移扩散规律。结果表明:(1)普者黑湖整体上自西北向东南呈单一流向明显,环流较多,上游平均流速为0.3～0.7 cm/s,呈现出条带形河流的特征,中游平均流速为0.4～0.9 cm/s,流速较大,中小型环流较多,下游整体呈现湖泊型特征;(2)受入湖河流水质较差、临湖密集村落及农业灌溉退水的影响,普者黑湖水质整体呈现出上游高—中游高—下游稍低的空间分布格局,雨季污染物浓度明显大于旱季的时间变化规律。     

基于MIKE21FM的黄壁庄水库水动力模拟研究

黄壁庄水库是具有控制性作用的大(一)型水利枢纽工程,确保其稳定性的水位、优良的水质等显得尤为重要。借鉴前人研究经验,采用MIKE21FM数值模拟软件,对黄壁庄水库"7·19"洪水期建立二维河网水动力模型进行数值模拟研究。经多次参数率定,结果表明MIKE21FM模型可以真实、有效反映黄壁庄水库水位、水流场变化过程,模拟精度满足计算要求。鉴于此模拟研究,可为水库水文预报、水库群联合调度提供可靠依据及技术支撑,具有一定的应用价值。     

丹麦MIKE21模型在桥渡壅水计算中的应用研究

丹麦DHI公司开发的MIKE21数学模型属于平面二维表面流数学模型,是在20多年来世界范围内大量工程应用经验的基础上持续发展起来的,可广泛地应用于潮汐、水流、风暴潮等二维水力学现象的研究.将MIKE21应用于阿深北高速公路兴建巴河大桥前后水位、流场变化情况的二维数值模拟中,以确定MIKE21模型在桥渡壅水计算中的适用性;经检验,计算成果令人满意,其精度可以满足预测要求.     

基于MIKE21二维水动力模型的天井湖湖区洪水流场流速分布研究

天井湖为淮河流域省界湖泊,分析天井湖行洪期的流场和流速,对天井湖行洪通道的划定和管理,以及湖区水域岸线的开发利用有重要意义。本文采用MIKE21水动力模型对天井湖进行洪水演进模拟,分析20年一遇设计洪水条件下的湖区流速、流场和流线分布。     

基于Lagrangian VOF的桥墩群壅水三维数值模拟

复杂地形上的桥墩群附近,水流流态具有较强的三维特性,不宜使用经验公式、一维和二维数学模型来模拟,再考虑到物理模型的成本较高,可以使用VOF三维数学模型来模拟。为了增强模型对自由表面的捕捉能力,先用传统的VOF计算流体体积,再用Lagr angi an算法精确追踪自由表面。经过对实际工程的计算,结果表明Lagr angi an VOF能准确的模拟出桥墩群壅水高度及墩前涌浪的三维特性,可以为桥墩群的设计及保护提供一定的参考,但是为了保证结果的精度,需要详细的地形数据,而且由于计算量过大,计算区域一般在≤1000 m的范围适宜。     

桥渡壅水平面二维数学模型模拟研究

本文根据圣维南基本方程组,建立了平面二维非恒定流桥渡数学模型方程,通过坐标变换,以边界拟合坐标生成二维均匀正交网格,在交错网格上采用交替方向的全隐差分格式进行离散化代数方程计算。通过桥渡流场的实例计算,在水位、流速分布、分流比和桥渡壅水等方面取得了令人满意的结果,该数学模型对于弥补和配合物理模型进行桥渡问题的研究具有重要作用。     

基于MIKE21的城市湖泊人工水循环的浓度场数值模拟

以西安市长乐湖为例应用MIKE21软件模拟研究了城市湖泊的人工水循环对水环境的改善作用,对比分析3个方案在12种工况下的水循环过程中的浓度场演变,通过人为设置不同的进、出水口位置、不同工况组合,来调节分配换水量和换水时间,从而改善城市湖泊的水动力条件、污染物分布。人工水循环措施能够有效提高城市湖泊水质,可以使用MIKE21软件进行城市人工湖泊水环境设计。     

二维非定常水跃湍流现象的数值模拟

通过求解时均N-S方程及K-ε湍流模型,数值模拟了典型水跃湍流由静止到最终稳定的全过程,采用VOF模型跟踪自由表面的变化.本文给出了水跃现象在不同时刻自由表面的变化情况,主要对水跃过程中自由表面的形状、内部流场结构、速度矢量场及压力场分布进行了分析.结果表明,VOF模型能够有效地描述水跃这类复杂自由表面流道的湍流特性,...     

数值模拟二维溃坝

该文应用Level Set方法研究了二维溃坝问题.用二阶投影法和高阶迎风格式求解二维Navier-Stokes方程,用CIP(cubic-Interpolated Pseudoparficle)方法求解Level-Set方程.通过数值计算得到了各个时刻溃坝运动界面的变化和相应速度的分布,该文的数值结果与相关的数值实验结果基本一致,说明该文的算法对于捕捉溃坝波的破碎和融合是实用且有效的.     

凉水河北京南站段壅水特性数值模拟研究

北京南站改扩建工程跨凉水河桥在200m长河道上共布置桥梁18座,桥梁处于河道弯道处,桥墩的阻水影响加大了水头损失,造成河渠壅水。因此,有必要对扩建工程造成凉水河壅水影响进行评价,探索河道平面形态桥间距等因素对壅水高度的影响规律,确保河流和建设工程的正常运行。本次利用平面二维k-ε双方程紊流模型,结合自由表面模拟技术,采用清华大学CREST模型,考虑凉水河现状、规划情况及桥梁设计要求,选取4个断面,按不同流量对北京南站改扩建工程对凉水河壅水影响进行评价计算。计算结果表明:200m长河道范围内出现了不同程度的壅水,桥梁壅水的累积作用明显,凸岸的壅水高度和壅水影响明显大于凹岸。研究结果对凉水河防洪所采取的措施有实际意义,对北京南站改扩建工程的设计起技术指导作用。     

桥前不同壅水计算方法的比较与分析

为了解决常规方法计算出来的桥前最大壅水高度偏小的问题,采用数学模型HEC-RAS、JTJ 062-91《公路桥位勘测设计规范》(以下简称《规范》)推荐的简化公式及《桥梁水力学》推荐的简化壅水公式等3种方法分别在房山区马刨泉河改建辛庄桥中进行了计算与比较。结果表明:通过HECRAS计算的壅水值和《规范》推荐的简化公式计算值均比实际偏小很多,而采用《桥梁水力学》推荐的简化壅水公式计算的结果与实际相差不大。