大化水库库区泥沙淤积现状及预测分析

通过大化水库不同运用期库区来水来沙的变化,分析了大化水库库区泥沙淤积现状情况,提出了采用典型水沙年来分析该水库淤积的方法,并用一维数学模型预测了不同水沙不同调度下水库泥沙淤积情况.计算结果表明在同等水沙条件下,降低库水位对于减少库区泥沙淤积是有利的.     

河口节制闸下淤积及冲淤效果耦合模型计算

在潮汐作用下河口地区具有挡潮功能的节制闸闸下引河泥沙淤积现象十分普遍,泥沙淤积严重影响了其行洪排涝能力,危害极大.因此,研究闸下淤积规律、探讨科学的清淤措施具有重要的工程实践意义.分析闸下淤积规律,并预估了闸下淤积,在吸收经验模型和水沙模型的优点的基础上,建立了二者的耦合模型,模拟了部分开闸冲淤时闸下引河水沙运动.该模型与平面二维水沙模型相比简化了计算,且其计算精度满足工程应用的要求.通过计算比较多孔闸闸门全开及部分开闸的冲淤效果表明:对闸门上下水头差和闸内水量较小、闸下引河较短的情况,采取开启中孔闸的冲淤方式比多孔全开的冲淤效果好.     

电站取水河段长时段的泥沙淤积特性研究

针对现有2维水沙模型在计算长时段泥沙运动方面存在的计算效率较低和精度不足的问题,采用隐式与显式结合方式建立可用于长时段计算的2维水沙模型。采用基于欧拉-拉格朗日方法(ELM)的隐式格式对水流方程进行初步求解,然后采用显式迭代修正流场与水位,最后根据流场采用TVD格式求解泥沙模块。将该模型应用于昭化电站取水河段水沙模拟并对该河段多年后的河床冲淤情况进行预测。结果表明:水流模型计算不同频率洪水下取水口的水位和流速与物理模型结果基本一致;泥沙冲淤与模型试验结果宏观上较为吻合;随着电站运行年限的增加,取水口附近河床有一定泥沙淤积主要集中在左岸与中部;昭化水电站在"拉沙"方案下运行可有效降低取水口附近的泥沙淤积高程。     

水库坝区冲刷漏斗的形成机理

为阐明水库冲刷漏斗的形成机理,开展坝区泥沙淤积的三维数值模拟研究.三维水沙数学模型使用平面非结构、垂向sigma网格和θ半隐、欧拉-拉格朗日追踪等数值方法,具有良好的复杂边界适应能力和计算稳定性.根据一、三维数学模型对比计算分析,确定三维数学模型的参数;在此基础上,采用三维数学模型模拟完整的水库坝区泥沙淤积过程.模拟Karot水库坝区20a的泥沙输移与淤积过程,得到了坝区水沙因子和河床冲於分布.结果表明:水库中泥沙主要沿着主流通道输运和淤积,与此同时,在该通道两侧、出流孔前平面环流的作用下折射挟沙水流形成集中淤积;随着水库运行年限增加,库区的高滩深槽逐步向水库出口推进,在坝区两侧集中淤积体之间、出流孔口前逐渐形成冲刷漏斗.     

平面二维全沙数值模拟方法及其应用

采用有限体积法对正交曲线坐标系下的平面二维水沙微分方程进行了离散,建立了平面二维全沙数学模型.在一概化的单边突然扩宽河道中对河床冲淤过程中悬移质含沙量及其级配、推移质输沙率及其级配、床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,并模拟出了由河床冲刷引起的床沙粗化、抗冲层的形成过程以及河床淤积过程等泥沙特性的变化.数值计算结果表明,该模型在定性上能正确地模拟水流以及河床的冲刷、淤积过程.     

ASM三维水沙模型在西藏泄洪渠泥沙淤积计算中的应用

以西藏日喀则市卡龙沟泄洪渠为例,应用固液两相流理论,探讨了三维瞬态ASM模型在渠道泥沙淤积计算中的应用。ASM模型可以完全考虑渠道在三维空间上的变化以及水沙之间的相互作用,通过模型计算得到泥沙淤积过程及淤积量。结果表明,ASM模型可以用于河道泥沙计算,为河流整治及工程设计提供科学依据。     

水库细颗粒淤积物的重力驱动流动

为了模拟水库细颗粒泥沙的淤积分布和形态,参考河口浮泥的模拟方法,建立水库淤积物在自重驱动下发生的浮泥运动、固结的简化一维动力学模型,在空间上采用交错网格的有限体积法,在时间上采用二阶龙格库塔方法,以三峡坝前典型断面淤积形态为例进行试验性模拟;将一维水沙输移数值模型与所建模型结合,较成功地模拟了三峡坝前段的淤积总量和分布.结果表明:该模型能够模拟水库细颗粒淤积物的流动和汇集过程;淤积物的固结速率对淤积分布影响较大.模拟结果从动力学机理上解释了水库细颗粒泥沙淤积形态的成因.     

簸箕李引黄灌区泥沙处理问题的理论探讨

在分析灌区现有干级渠道淤积的原因和清淤堆沙基础上,提出了解决泥水淤积问题的基本方案,进而提出了纱水沙运行数学模型,分析计算了淤沙淤积的再分布情况,指出水运行高度管理也是远距离输沙减淤的一个重要因素,计算出由泥沙远距离输送带来的经济效益。     

基于水沙数值模拟的某水库典型洪水过程冲淤特性研究

汛期洪水过程中的水沙运动规律及河床变形调整特点,对抽水蓄能电站下库库区防淤及电站安全运行十分重要。利用一维水沙数值模拟技术,开展了某抽水蓄能电站下库典型洪水过程的河床变形研究。介绍了MIKE11水动力模块的计算原理与泥沙输移模块的处理方法,构建了库区模型。根据电站对库水位周期性调节的要求,进行了模型参数调试与验证。利用所建模型进行了20年一遇洪水过程的水沙数值模拟,给出了洪水中水力要素的变化、河床的冲淤发展及淤积的沿程分布。结果表明:库区上游有冲有淤,泥沙淤积重心在拦河坝上游600~1 500 m的范围内;库区泥沙淤积总量约为18.6万t,排沙比约为11%。同时,研究表明可以通过优化电站运行方式提高水库的排沙比。     

三峡水库泥沙淤积滞后响应规律

滞后性是河流系统自动调整的重要特征之一,以往对于三峡水库泥沙淤积滞后响应规律的研究相对较少。本文采用实测资料分析与滞后响应模型等理论模型研究相结合的方法研究三峡水库泥沙淤积响应规律。首先,统计三峡水库蓄水以来水沙条件以及泥沙淤积特性变化,分析梯级水库蓄水对三峡水库水沙条件以及库区泥沙淤积的影响,在此基础之上,通过考虑入库流量、含沙量、泥沙中数粒径以及坝前水位优化已有的库区泥沙淤积滞后响应模型。从已有的以及优化后的模型模拟结果可以看出：①优化后的泥沙淤积滞后响应模型能够更好得模拟梯级水库蓄水后三峡水库泥沙淤积的过程。②梯级水库蓄水后,三峡水库来水来沙变幅减小,来沙更加集中在汛期,河道调整速率加剧,河道调整的时间尺度有所缩短,表现为三峡水库泥沙淤积滞后响应年限从前期4年缩短到前期3年。③梯级水库蓄水后,入库含沙量对于库区泥沙淤积过程的影响权重有所增加,入库流量以及坝前水位对库区泥沙淤积过程的影响权重降低。     

台风暴雨影响区域的溃坝洪水演进数值计算

针对东南沿海受台风暴雨影响流域中下游地势较低洼开阔,在台风暴雨过程中容易积水,存在大面积初始水深,出现较严重内涝的特点,建立考虑下游区域初始内涝水深的二维溃坝洪水演进数值模型.基于数字高程模型(DEM)的地形数据和矩形网格,采用有限体积法和逼近黎曼格式及逆风守恒格式求解方程,并以戌浦江流域为典型,重点分析该流域存在内涝时上游水库发生溃坝的洪水演进特点.结果表明,溃坝洪水受下游初始淹没水深的顶托,下游区域的淹没水深并不是初始淹没水深和不考虑初始淹没水深溃坝计算所得水深的简单叠加,越往下游初始淹没水深对计算结果的影响越大;如果在计算中不考虑初始淹没水深,将会明显错误地估计洪水所带来的灾害风险.     

洪水演进中支流倒回灌研究

在处理洪水演进过程中支流与干流洪水的相互影响时,以前的模型仅将支流流量迭加到干流同时刻的流量上,事实上,支流对干流洪水有调蓄作用,对陡涨陡落的溃坝洪水而言,这是不可忽视的重要因素。依据水量平衡原理及水流连续性条件,建立了支流蓄泄库容关系和支流倒回灌数学模型,将该模型应用于历史上某次垮山堵江溃决洪水,得到的计算结果与实测资料和洪痕数据相吻合。研究结果表明在干支流交汇口,干流流量变化速率越大,支流倒灌     

用明渠非恒定流理论对大藤峡水库进行库容特性研究

本文将大藤峡水库库区流动概化为一维非恒定流动,用河网非恒定流四级解法数学模型模拟了在坝前水位维持不同值的情况下,1968年洪水在库区内的演进,并验证了数学模型及资料概化的合理性。根据电算结果,笔者作出了三参数库容曲线,并就库容特性进行了归纳。笔者的成果也揭示了水库库容除了与入库洪水、坝前水位有关之外,还与洪水的涨落影响有关。这一规律已被国内有关水库实测资料证实。文章最后还就用非恒定流理论制作四参数库容曲线的不可行性及用非恒定流电算方法为调洪演算提供多参数库容曲线的不必要性等问题进行了讨论。     

Simulation of dike-break processes in the Yellow River

Although dike-break and dam-break processes have similar unsteady and discontinuous hydrodynamic characteristics, there are significant differences. In general, dam-break simulations focus on the flood discharge, whereas dike-break simulations are required to provide detailed information on the hydraulic and breach evolution processes, such as pit-scour and breach-expansion. In order to overcome the difficulties inherent in applying existing dam-break models to dike-breaks, this paper presents an integrated model that combines the shallow water, sediment transport, riverbed deformation and breach-expansion equations. A Godunov-type finite volume method is used for the flow simulation, based on a fixed quadtree grid system. The hydro-dynamic aspects of the model are validated for an idealized rectangular dam break. A representative reach in the Yellow River is selected at a location where there is a significant risk of a dike-break, and full-scale topographic and hydrologic data are available. Typical di     

小浪底水库运用初期黄河下游河道冲刷模拟计算

采用小浪底水库运用后的1999年11月至2002年10月水沙系列对已建立并运用多年的黄河准二维泥沙数学模型进行验证计算，河床冲淤变化、断面形态调整、洪水演进及洪水位变化、床沙与悬沙交换等各方面的计算结果与实测资料基本吻合。这说明该模型适用于因小浪底水库运用而水沙条件发生重大变化的黄河下游，该模型可在今后小浪底水库运用方式的比选、黄河下游河道治理及下游防洪决策等工作中发挥其模拟和预测的作用。     

山区河道溃坝水流数值模拟

为了研究溃坝水流在山区河道中的传播,采用SPH方法来求解2维浅水方程,建立了溃坝水流数值模型.SPH方法由于是拉格朗日法,在处理对流主导的问题具有很好的稳定性与精度,且是无网格方法,无需划分网格和判定干湿网格,很好地解决了山区河道溃坝水流流速急,水位变幅大,动边界变化频繁,计算区域难确定等问题.采用该模型模拟了山区河道的溃坝水流,初步再现了溃坝水流的流动过程,分析表明模拟结果是合理的,因而采用SPH方法对溃坝水流进行模拟是可行的.     

重物落水后运动过程的数学模型分析

针对封堵溃口问题,根据流体力学理论,建立了重物落水后运动过程的数学模型,利用小型试验获取相关数据的方法进行研究,用该模型对实验的工况进行了计算,并对模型和实验进行了分析和评价．通过实例,验证了该模型较好地模拟了大坝溃决后的重物落水后的运动过程,模型结果可以为溃坝洪水风险提供科学依据．     

公路建设对分洪区内洪水演进影响的数值模拟

在分洪区内建设高速公路前,采用数学模型分析工程对区内洪水的影响是一项必不可少的工作. 采用有限体积法建立了平面二维水流数学模型,模型采用交错网格,对于干河床问题采用了“冻结法”思想. 经计算检验,模型满足水量守恒要求. 最后以规划中的杭兰高速公路为例,计算分析了公路对分蓄洪民垸内进洪流量过程、分洪历时、水位及流速的影响.     

两种土坝溃坝数学模型的研究与比较

针对土坝的溃坝失事 ,建立了逐渐溃坝和瞬时溃坝两种数学模型 ,在论述它们各自的机理后 ,结合实例验证其实用性 ,并对其各自特点分别加以分析和比较 ,从而为防汛部门的防洪预报提供科学依据 .     

滑坡涌浪诱发冰湖溃决灾害链过程分析与模拟

近年来滑坡诱发冰湖溃决灾害链发生频率日趋增加,对下游居民及工程设施安全造成严重威胁。为定量描述滑坡诱发冰湖溃决灾害链危害,通过系统分析该灾害链的演化过程及阶段特征,将其划分为四个子阶段：滑坡运动、涌浪传播、冰湖溃决、洪水传播;分别研究各子阶段演化的物理机理及关键因子,建立了相应的数学模型与计算方法,如滑坡运动采用Savage-Hutter模型、涌浪及洪水传播采用浅水波方程等;通过确定各子阶段之间的衔接因子,如滑坡运动特征、涌浪传播特征、坝体溃决特征等,实现了各子阶段的过程耦合与数据传递,建立了滑坡-涌浪-冰湖溃决-洪水灾害链的全过程物理模型,最终完成了该灾害链的过程模拟与危险分析。为验证所建立模型与计算方法的可行性,以四川省甘孜藏族自治州雅拉乡木格措冰湖潜在灾害链为案例,结合现场勘查与卫星影像数据,开展不同情境如暴雨或上下游级联溃决等条件下灾害链的过程模拟与危险分析,且将模拟结果与经验公式计算数据进行对比。结果表明,本文所提方法可较好的完成滑坡诱发冰湖溃决灾害链过程模拟,模型模拟数据与经验公式计算数据较为吻合,且考虑暴雨或上下游级联溃决条件时下游洪水流量呈显著增加趋势。本文研究成果提供了一种新的滑坡诱发冰湖溃决灾害链研究思路,对该灾害链的防灾减灾技术具有重要支撑作用。