水库下游冲刷的数值模拟—模型的构造

由于水库下游冲刷过程中悬移质与推移质、推移质与河床质、河床质与悬移质交换机理及床沙粗化机理的复杂性,使得研究水库下游冲刷数学模型的难度较大。 为了研究水库下游冲刷、河床演变问题及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响,本文建立了一维全沙数学模型,模型考虑了非均匀悬移质不饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。文中考虑了冲刷过程中挟沙能力的沿程调整,挟沙能力包括以下三个方面,即悬移质中细颗粒部分从累计效果看不参予与床沙交换(冲泻质),这部分泥沙全部计入挟沙能力;悬移质的粗颗粒部分落淤到床面与床沙交换后部分地计入挟沙能力;床沙中可悬浮部分从床面冲起后部分地计入挟沙能力。非均匀沙推移质输沙率公式考虑了床沙运动的随机性及床沙粗化对输沙率的影响。床沙级配的调整采用CARICHAR混合层模型。对计算中经常遇到的关键性问题提出了处理方法。     

两相非均质流输沙平衡关系及挟沙力研究

对非均质流挟沙力研究现状分析表明,目前悬移质水流挟沙力公式存在的问题:一是未能正确反映水流势能转化为动能过程中必须考虑的阻力因子;二是未能正确处理泥沙颗粒的非均匀性特点;三是未能正确计算悬液黏度对颗粒沉速的影响。本文基于大量室内平衡输沙试验及野外河渠准平衡输沙观测资料,建立了非均匀沙悬移质输沙平衡关系,得到了新的适用于各级含沙量的非均匀沙悬移质挟沙力公式。进而根据建立的输沙平衡关系,得到了挟沙水流的不淤流速及阻力坡降关系,可用于河道治理及渠系设计。     

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。     

冲积河流长距离冲刷不平衡输沙过程初步研究

本文从悬移质扩散方程出发, 研究冲积河流长距离冲刷不平衡输沙过程. 对于天然沙质河流, 床沙均为非均匀沙, 由于较细泥沙的冲刷率总大于较粗泥沙, 因此在床面薄层内泥沙随冲刷迅速粗比, 致使挟沙力降低, 不平衡输沙距离比均匀沙情况大大延长. 文中同时提出了表层床沙粗化的概化计算模式及床沙交换速率计算公式. 床沙交换速率的大小是决定含沙量恢复饱和距离的重要因素. 本文对不同类型底部边界条件进行了计算比较, 并与黄河下游的实际冲刷资料进行了对比, 结果表明, 应用梯度型底部边界条件, 且在考虑表层床沙粗化中以作者提出的公式计算床沙交换速率, 则计算含沙量和实际符合良好.     

航道整治工程泥沙数学模型的构造及计算方法

建立了正交曲线坐标系下二维紊流全沙数学模型，水流模型采用紊动动能和紊动耗散率闭合雷诺方程，把悬移质输沙概化为单纯淤积、单纯冲刷和淤粗冲细三种情况，依据悬沙与床沙交换机理建立了挟沙能力和非均匀沙分组挟沙能力的表达式．在水流输运及分组含沙量输运方程的离散过程中，采用守衡性较好的控制体积法和SIMPLEC计算程式，以提高计算稳定性和加快收敛．本模型对复杂条件的河床适应性较强，为平面二维长河段的河床变形计算进一步创造了条件．     

挟沙能力级配及有效床沙级配的概念

本文阐述了笔者在研究非均匀悬移质不平衡输沙时引进的两个重要概念:挟沙能力级配及有效床沙级配。 文中首先指出以前对迭加输沙率的方法,即令对非均匀沙运动最简单的情形(强平衡输沙),仍然存在着一些分歧,还缺乏统一认识。其次论述了强平衡条件下,由泥沙运动统计理论得到的挟沙能力迭加的基本关系,和挟沙能力级配的引进。第三,从扩散方程出发,论证了挟沙能力迭加关系的正确性。第四,闸述了不平衡输沙条件下,挟沙能力级配及有效床沙级配的概念。第五,证明了在明显淤积特殊条件下,淤积物级配即为有效床沙级配,含沙量级配即为挟沙能力级配。     

水流挟沙力的统计理论计算方法及其应用

将水流挟沙力作为二维问题处理是水流挟沙力研究的重要方向,采用非均匀沙水流挟沙力的统计理论方法,根据泥沙状态概率和有效床沙级配,推导了悬移质挟沙力、推移质输沙率和推悬比统计理论公式,利用黄河下游水沙资料对公式进行验证,并与半经验悬移质挟沙力和推移质输沙率公式进行计算对比验算。计算结果表明,采用统计理论公式计算中、低含沙水流非均匀沙悬移质挟沙力较为准确,统计理论方法计算的推悬比较为稳定,黄河下游底悬比在0.06~0.11之间变化,可以采用统计理论方法的推悬比公式计算黄河下游的漏测底沙量。     

非均匀沙水流挟沙力研究

本文对平衡输沙和不平衡输沙情况下非均匀沙水流挟沙力规律进行了研究，得到了平衡输沙时非均匀沙分组挟沙力公式及可能挟沙力经验曲线，定性分析了非均匀沙可能挟沙力与均匀沙挟沙力之间的差异，并且探讨了来沙条件对水流挟沙力的影响，提出了非平衡输沙时瞬时挟沙力和有效挟沙力概念及计算方法。     

统计理论非均匀沙挟沙能力的计算方法及其验证

对韩其为、何明民泥沙运动统计理论中悬移质非均匀沙挟沙能力计算方法进行了验证计算，验证的资料包括实验室资料、黄河、长江等资料，具有一定的代表性、验证计算值与实测值基本一致，说明统计理论非均匀沙挟沙能力计算方法是基本符合实际的。     

一种新的河道—维水流泥沙运动数值模拟方法

本文对悬移质挟沙力、床沙级配变化方程、泥沙运动差分方程组求解等问题进行了较深入的研究,提出了合理、有效的处理方法,建立了既可计算非均匀悬移质不饱和输沙,又可计算非均匀推移质输移的一维全沙模型.模型计算结果与实测资料吻合较好.将所建模型用于研究三峡工程变动回水区泥沙问题,取得了一定成果.