太浦河一维、二维水流数值模拟比较研究

相对于太浦河洪水风险图编制的研究范围,太浦河是一条狭长的河道,河道内如采用二维水动力模型数值计算将影响洪水风险系统调用数据的效率和可视化的效果,可考虑河道内采用一维水动力模型计算.为了验证一维水动力模型是否能应用于太浦河洪水风险编制中的太浦河河道洪水演算,运用一维、二维水动力模型对太浦河河道分别进行了恒定情况和非恒定情况的洪水演算.一维、二维水流数值模型的计算结果表明:水位与断面平均流速吻合性较好.因此得出结论:用一维水动力模型在计算太浦河河道内洪水演算具有与二维水动力数学模型相当的精度,并能大大提高洪水风险系统调用数据的效率,并提高了可视化的效果.     

平原感潮河网地区一维、二维水动力耦合模型研究

提供了一种复杂地形、水流条件下一维、二维水动力耦合模型的通用计算方法。根据感潮河流地形复杂、河岸弯曲多变、河道狭长的特征,采用有限元法求解一、二维水动力模型控制方程;在一、二维模型连接断面处．利用两种模型模拟的水位、流量相等的条件,实现一、二维模型的耦合。依据该原理,开发了大范围的上海市黄浦江上游地区河网一维与黄浦江干流二维水动力耦合模型,验证结果表明：一、二维耦合模型的设计是合理的。     

应用二维模型对壅水计算的探讨

应用一维数学模型对因建设码头、桥墩等占用天然河道行洪断面而造成壅水进行计算,虽在计算断面上对水位及流速等水流因素变化有所体现,但如果在一维基础上对局部应用二维模型计算,将更准确、清晰反映工程对局部水域的影响。本文通过北江三水段一个码头的计算实例加以说明。     

二维数值计算对某河道治理段水面线计算的复核研究

针对一维逐段试算能量方程在推求河道水面线时在适用条件和计算方法上存在的局限,以及计算结果上存在的误差问题,现以某河道为例,采用二维水动力数值模型,对两种洪水频率工况下河道段水面线高程进行模拟计算,将得到的计算结果与一维能量方程计算结果进行比较分析,并对能量方程逐段试算法计算结果进行复核和评价,为河道防洪工程方案设计和优...     

基于马斯京根参数K、X的等效河道计算方法研究

河道汇流演算本质上属于水力学问题,为了简便计算发展了一系列的水文学方法,马斯京根法便是其中最经典的方法之一。本文基于马斯京根法中的参数K、X,与特征河长相结合,构建了不同类型的等效河道(矩形、抛物线型)断面下河宽、河道比降和最大水深的计算公式,并在实例中模拟出河道各断面不同时刻的水位、流速、流量等信息。通过在实际河道中验证,结果表明,该方法实现了河道大断面资料的扩充,且具有较高的精度,改进了传统的水文学河道汇流计算模式。该方法将传统水文方法与水动力方法结合起来,有利于实现少资料地区水位、流速过程模拟,为传统的马斯京根法转换为水动力模型计算提供新方法。     

漂流河段水动力数值模拟研究

为了给水利枢纽下游河道整治规划提供技术支撑并提出漂流供水方案,采用二维全水动力模型,对水利枢纽下游河道整治前后不同泄水工况进行模拟。以三河口水利枢纽下游河道为例,河道两侧风景优美且暗礁险滩较少,河床高程为514~526 m,河床砂卵石层厚度5~10 m,为实施漂流项目提供了保证,结合上游水利枢纽调度运行情况,计算了各个泄水工况下不同断面的水力要素及相关统计信息,并根据计算结果提出河道整治及漂流供水方案。结果表明,该二维水动力模型能高效高精度对水利枢纽下游河道进行不同泄水工况下的模拟,为河道水上娱乐设施规划提供了有效的技术支撑,并从节约水资源及减少工程施工量的角度建议对河道进行6 m疏浚,在此工况下上游水利枢纽仅需泄水4 m3/s,此时河床断面最大水深最小值为0.50 m,断面水面最小宽度为4 m,断面最小流速为1.02 m/s。     

基于水动力模型的洪水风险分析研究

根据福安市的暴雨洪水特性和地形地貌特征,构建福安市洪水实时分析计算模型.其中采用一维水动力计算河道洪水,二维水动力模拟洪水在城市面域内的演进,采用耦合模型将河道与城市面域联立,实现河道洪水和城市内涝的水量交换.率定后的模型计算结果可为制定超标准洪水防御对策提供科学可靠的决策依据.     

海河流域河道最小生态流量研究

应用基于河流形态的河道最小生态流量计算方法,选取潘家口、滦县、石匣里、官厅、观台、楚旺及称钩湾7个控制断面对海河流域河道最小生态流量进行计算.该方法立足河流形态,将水位水面宽曲线突变点与维持一定生境(主要包括平均水深、流速等)综合考虑来确定临界流量.计算结果表明:7个控制断面的最小生态流量均值为5.84 m3/s,占多年平均流量的5.8%~10%;在最小生态流量下的水面宽率为43%~70%(平均为61%),平均水深为0.24~0.59 m,流速为0.24~0.34 m/s.这些计算结果与国际上已有的计算结果相符.根据流域相似性原理进行外推,计算了海河流域其他河道的最小生态流量.     

温泉水库溃坝洪水对格尔木市的影响评估

水库水体突然泄放是水库下游地区防洪避险中最不利的情况。格尔木河上的温泉水库位于昆仑山地震带内,研究地震等超常溃坝洪水对下游的格尔木市造成的影响,意义重大。对温泉水库坝址到格尔木河出山口大约100 km河道采用一维水流模型进行计算,对水流出山谷后至格尔木市区的受影响区域采用平面二维数学模型进行计算。结果表明:校核水位下温泉水库溃坝流量接近5 600 m3/s,溃坝洪水约6.5 h后到达山口;计算范围内总的淹没面积约97.5 km2,淹没水深大于3 m的面积约2.5 km2。该研究成果可为格尔木市防洪工程的规划及市区人民的防洪避险提供依据。     

弯曲河流颈口裁弯不同阶段水流运动特性

为研究颈口裁弯水动力过程,以黄河源若尔盖盆地的弯曲河流裁弯观测资料为基础,基于不可压缩雷诺平均Navier-Stokes方程、k-ε紊流模型和有限体积法建立水动力数学模型,通过垂向σ坐标变换考虑自由水面的变化,分析颈口裁弯形成过程中的新河槽分流、三维流场变化和上、下游河道水流结构。伴随裁弯的逐步发展和新河槽的展宽,新河道宽深比和分流比均逐渐增加,分流比与宽深比之间呈线性正相关关系。裁弯初始阶段时,原河道的流速分布基本不受影响。由于新河道分流比逐渐增加,老河道流量、平均水深和平均流速均逐渐减小,新河道流量则逐渐增加,且平均水深和平均流速呈先增大后减小的规律。裁弯不改变颈口上游河道流场,明显改变裁弯下游弯道的弯顶处水流结构。     

不同来流量条件下藕池河东支水动力调整

自1950 年以来,随着下荆江裁弯、葛洲坝截流和三峡水库等水利工程的相继建设,荆江河段藕池口分流比逐年减少,而且近期出现长时段的断流问题。为认识汛期流量变化对水动力沿程调整的影响,基于实测地形数据和水文资料建立二维水动力数学模型,可为藕池河段河道整治、疏浚和水系连通工程实践提供参考。结果表明:中、低来流量条件下河道最大流速出现在梅田湖河段;中、高来流量下由于藕池河中支分流能力增加,黄金闸下游水流流速明显减少,最小流速集中在黄金闸—殷家洲河段。受逆坡作用影响下殷家洲河段水流动力轴线自上游开始逐渐偏向右岸,最大流速出现在梅田湖进口靠近河道左岸的口门处,右汊分流比受流量级和过流断面面积控制。     

黄河上游河道水力几何形态关系分析

根据黄河上游干流10个水文断面的多年实测资料,分析了黄河上游不同断面及不同河段的水面宽、水深、流速与流量之间的关系,并探讨了水力几何形态关系中各相关参数的沿程变化特征。结果表明：在整个上游河段,水面宽随流量的变化速率较小,其中上游上段的水力几何形态主要通过流量对水深和流速的共同影响来实现,上游下段则主要通过流量对流速的影响来实现;黄河上游水力几何形态关系与黄河下游及国内外其他河流相比,有相似也有差异,这与该河段的地貌及河道边界条件有关,也与人类活动的影响有关。     

基于MIKE11模型的山区河流溃坝水动力过程研究

为分析汛期溃坝后的水动力过程及其对下游的影响,利用MIKE11溃坝模型对某山区河流综合整治工程中的溢流堰进行了溃坝模拟,并进行了工程前水面线及矩形水槽溃坝验证。模拟结果表明:溃坝发生后,溃口及下游各断面的流量和水位均随溃坝波的到达而急剧增大,其增量向下游沿程递减,表明溃坝波在向下游演进过程中逐渐衰减,溃坝波过后各断面逐渐稳定。随着溃口宽度增大,坝址处及下游特征断面流量、水位及流速的极值呈非线性增长,增长幅度向下游沿程递减。模型可以较好地模拟一维水动力过程和溃坝非恒定水流。相关成果可为该地区防洪过程中制定应急预案,及时发布预警措施提供技术支撑。     

基于MIKE模型的珠江三角洲洪潮数值模拟分析

珠江三角洲口水系纵横,水动力条件复杂多变,造成对河口地区进行数值模拟存在一定困难。尝试利用MIKE建立水动力模型对该地区洪潮进行数值模拟;对于河道的数值模拟,采用“半耦合”技术,一维出口边界固定为水位边界,一维计算结果为二维提供流量边界条件;二维进口固定为流量边界,二维计算结果为一维提供水位边界条件。结果表明：主要站点计算潮位特征值与实测潮位相比,误差均小于0.10 m,计算潮位过程与实测潮位过程吻合,相位误差基本小于0.5 h;最大流速出现时间偏差小于0.5 h,流速过程线的形态基本一致;主要站点断面计算最大涨落潮流量与实测最大涨落潮流量误差一般小于10%,河网区各水道糙率值基本为上游河道大于下游河道,符合河道糙率沿程变化的自然规律。说明基于MIKE水动力模型在进行珠江三角洲数值模拟是可行的,对于相关生产项目的开展具有一定的参考价值。     

基于一维水动力模型蔺河安泽段防洪能力风险分析

文章根据安泽县的地域性、生态性、和谐性等原则,收集了2023年蔺河安泽段汛前汛后的实测断面水深、水面线高程和过水面积等数据。通过应用一维水动力模型分析法,对当前蔺河安泽县的防洪能力进行评判。研究结果表明：桩号24+835—桩号32+906段断面处保证净水位线、警戒净水位线和水库的尾水深度在20年一遇的防洪标准下均处于险情临界值,为确保沿河群众的生命和财产安全,建议提高该段河道的行洪标准。     

多沙性河道过流能力计算及影响因素分析

天然多沙性河流大都属游荡型 ,河道宽浅 ,主槽不固定且不明显 ,河内村庄、树障、公路及其它阻水建筑物较多 ,计算河道过流能力时影响因素也多。为使计算结果尽可能地接近实际 ,在分析计算时应把主要因素考虑进去 ,用不同方法消除这些因素对计算结果的影响。一、基本计算方法计算河道水面线依据明渠恒定渐变流微分方程 ,水位沿流程变化的微分方程式为 :Ｚｕ———上游断面水位Ｚｄ———下游断面水位Ｑ———流量Ｓ———计算断面间距Ｋ———计算段平均流量模数Ｋｕ———上断面流量模数Ｋｄ———下断面流量模数其中Ｑ、Ｓ、Ｚｄ、Ｋｄ均为…     

基于MIKE FLOOD耦合模型的塔洋河下游洪水演进分析

海南省塔洋河下游段降水丰富,洪水灾害频发,急需构建该河段洪水演进分析模型,为科学防洪减灾措施制定提供支持。基于塔洋河下游河段实测断面资料与高精度DEM,采用MIKE FLOOD建立河段一维水动力模型和两岸洪水威胁区二维水动力模型并实现两者的实时动态耦合,模拟分析下游河段50年一遇洪水漫溢演进过程及淹没风险,计算不同时段内洪水淹没范围和水深分布,并从水量平衡和流场分布等角度对计算结果进行合理性分析。结果表明,所建模型能够有效模拟塔洋河下游洪水演进过程及风险分布特征,计算结果较为合理可靠,可为区域防汛指挥、洪水风险管理与防洪预案制定等提供重要基础信息。     

黄水沟河与清水河枯水期下游河道水量损失分析

新疆河流下游为平原河流,天然河道断面不规则,多为宽浅性河床,水量沿程损失较大,研究河道损失规律,对下游生态、水资源有效利用意义重大。通过黄水沟、清水河枯水期河道上、下游断面实测流量资料,采用水文学原理建立线性模型,对两河出山口以下平原区枯水期河道水量沿程损失进行计算分析,分别得到了两条河流在枯水期沿程单位长度损失水量估算模型,计算了枯水期两条河流的水量损失量,可为天山以南山溪性河流枯水期沿程损失量的定量分析提供依据。     

桥梁建设配套拓河工程对水流影响的数值模拟分析

采用二维水动力数值模型计算分析了斜跨河道桥梁和拓河工程建设对河道水位、流速、流向的影响。结果表明,桥梁建设配套拓河方案,可有效减缓因桥梁建设的上游壅水影响,桥位上游基本表现为跌水,对桥位上游河道的泄洪是有利的,桥址处因布墩及拓河带来的局部河势变化存在一定水位变幅,河道拓宽范围内下游段水位壅高,但河槽流速减小,拓河段以外下游河道水位无变化;对流速流向的影响仅局限于桥梁附近水域,对河道整体河势影响不大。     

基于水动力模型的平原河网引补水研究

对于平原河网而言,由于河道无长期径流补给,河道流动性一般较差。为提升河道流动性,保障河道自净能力,引水补水是必要手段之一。以南京市河西北部地区为例,通过构建区域河网一维水动力学模型,分析河道新增补水点位的流量分配,并对河道补水效果进行模拟。通过改变河道引补水模式,保障各条河道流量流速。