蓄滞洪区内洪水演进数学模型的应用

本文以穿越蓄滞洪区某高速公路工程为例,利用流域一维、二维嵌套的非恒定流计算相耦合的方法进行洪水演进计算,对高速公路工程修建前后蓄滞洪区内的淹没面积、水位、流速和流场进行了数值模拟,并分析工程修建前后淹没面积、水位、流速和流场的变化。数值模拟结果表明,高速公路修建后,部分路基阻隔了区内洪水的汇流通道,对蓄滞洪区的局部流场稍有影响。除某些局部位置处壅水增加较高外,淹没面积、流速、流场的变化较小。工程设计中可适当增加局部位置桥孔宽度,并考虑在恩县洼滞洪期间洪水的风浪、淹没等因素对高速公路路基的影响。     

二维水力学模型在红光大桥洪水影响评价中的应用

通过建立数学模型,采用有限元网格剖分的形式模拟红光大桥修建前后的坝前和桥前洪水的最大水深、最大流速和最高水位分布情况,有效的判断水流形态。确定修建该桥后桥址上游、桥位处水位出现不同程度的壅高、流速不同程度降低,桥址处水流明显增加。通过建立数值模型水流状态,为桥墩防护、桩基基础的深度以及承台高度选取起到了决定性作用,为红光大桥下一阶段结构进行优化起到了推动作用。     

城市人工湖动态换水水位对流速分布影响

水位和流速是人工湖维持生态的关键因子,为探究人工湖水位对流速分布的影响,基于二维水动力模型对雁鸣湖流场进行数值模拟,研究单因素水位对流速影响和实测换水水位对流速时空分布的影响。结果显示:水位是水动力影响因素之一,低水位时的湖泊流速大于高水位时期,水位变化时的平均流速介于高低水位流速之间,水位对环流影响较小。在实测换水期间,高水位时水位分布无明显差异,水深自上游至下游逐级递增;低水位时水位分布出现差异,河滩裸露,水深分布差异较大;水位变化时,湖泊上游至下游水位呈梯度变化,水深随水位变化;流速时空分布验证了单因素水位对流速的影响,并表明不同水位对流速大小及分布影响有所差异。雁鸣湖水位和流速的模拟结果表明,人工湖水位变化能改善湖泊水动力,可为人工湖水情管理提供科学参考。     

东风船舶公司船台滑道改造数学模型研究

由于工程修建后必然对河道水位和流态产生影响,为评价拟建工程对河道行洪、通航等方面影响大小,优化工程结构设计,采用非正交曲线坐标下的平面二维水流数学模型,对船台滑道改造前后河段水流情况进行了数值模拟。计算结果表明,工程修建后对附近河段水位和流速影响均很小,不会对河道河势、通航、行洪等方面带来不利影响。     

堤防决口封堵的水力学特性

堤防决口抢险需以水流水力学特性为依据,封堵方法亦直接影响其封堵效率。首先对决口水流遇障碍物的洪水演进过程进行模拟,将水深计算结果与Biscarini等的试验数据进行对比,结果吻合较好,验证了数值模型的可靠性、准确性。以上饶市某一河道为例,基于FLOW-3D软件建立了堤防决口水流模拟的三维数值模型,对立堵法、平堵法封堵决口进行数值模拟,得到封堵过程中决口附近水位场和流速场分布规律。数值模拟结果显示:该堤防决口进口附近立堵法、平堵法块石前水位壅高明显,流速增大,最大水深分布在决口靠右位置,最大流速分布在决口靠左位置。根据决口附近流速分布规律,封堵时建议先对左侧决口堤脚进行裹头处理,而后可考虑采用大粒径块石单体抛投以降低流速,再采取群体抛投方式进占合龙。所用模拟方法和数值模型可为堤防抢险及制定堤防决口封堵方案提供参考。     

东莞某跨河高架桥对河道水流的影响

采用数值模拟的方法,以东莞某高速公路跨河高架桥工程为例,建立了工程河段的平面二维水动力数学模型,分别对2种桥墩设计方案条件下工程河道的壅水高度和流速变化进行数值模拟,分析桥墩对城市河道水流的影响,为跨河高架桥的桥墩规划和设计提供参考。     

上游河道缩窄对泸定河段水流影响分析

以泸定电站上游堤防工程为例,采用河道平面二维数学模型对堤防工程修建前后的水流变化进行了数值模拟和计算,为工程的可行性认证提供初步依据。计算结果表明：堤防工程修建后,无论泸定电站修建前还是建成蓄水后,河段均出现两个壅水区和两个跌水区;主河道流速变化不大,主流位置和主流带流速稍微右移。对同类工程的论证有借鉴和参考作用。     

堤防决口水流水力学特性的三维数值模拟

堤防决口水流的水力学特性对于制定决口封堵方案至关重要。基于FLOW 3D建立了模拟堤防决口水流的三维数值模型,首先对局部瞬间溃决水流水位场分布进行了三维数值模拟,模拟计算结果与C. Biscarini等代表性文献介绍的研究结果吻合较好,印证了数值模型的可靠性和准确性。以某流域河流堤防为例,建立了不同决口口门形状（U形、V形、T1形和T2形）的决口水流三维数值模型,计算分析了4种口门形状下决口附近的水位场及流速场分布规律。结果表明:进入决口后水流发生急速的侧向收缩和纵向跌落,决口处水深和流速在垂直水流方向断面上呈两侧小中间大的近似拱形分布,决口进口附近水流最大流速出现在决口左侧堤脚。数值模型和模拟方法可为制定堤防决口的最佳堵口方案提供技术参考。     

防冲槽的模型试验与二维数值模拟

为了研究山区河流中防冲槽的消能情况和适用性,本文首先对未抛填卵石的防冲槽进行模型试验和数值模拟.通过模型试验,针对典型流量分析9个断面的实测资料,得到水流的流态、水位和流速分布规律,将数值模拟结果与其进行对比.由于二维模型的简化,使得数值模拟的水位在进口连接段与试验相比误差偏大,但其他断面的水深及流速分布与实测值接近.因此,数学模型可以作为后期研究冲刷问题的基本模型,为工程研究提供参考.     

汾河下游河道二维水流模拟

采用深度平均的二维水流模型,对汾河下游流速、水深进行了数值模拟,得到的水位、流量与实测资料基本一致,验证了该模型对河道进行二维数值模拟的可行性,然后利用该模型对河道水力参数进行了模拟计算,结果表明:不同时段的河道流速、水深等水力指标均能满足水生生物的生长要求。     

跨河建筑物修建对大辽河河道行洪安全的影响

大辽河系指太子河入浑河汇流口三岔河起,至河口止的一段河流。该河段水深较大,且受感潮影响,水流形态较为复杂。本文以大辽河鲍家至赏军河段为例,分析该河段水力特性,对比跨河建筑物修建前后河段水力特性的变化,分析跨河建筑物的修建对该河段行洪安全的影响,为今后类似河段跨河建筑物修建及管理提供经验借鉴。     

数学模型在三峡葛洲坝间河道整治中的应用

采用非规则网格有限体积法和显式MacCormack预测-校正数值方法求解水深积分方程,建立了三峡梯级平面二维水流数学模型.数学模型以莲沱河段为例分析了整治前后水流平面流速分布、流态以及水位变化.模拟结果表明,所建立的数学模型合理地模拟了两坝间河道水流现象以及整治前后各水力要素的变化,研究成果可为拟定经济合理的整治方案提供依据.     

跨河斜交桥梁对山区河流行洪影响试验研究

为探究斜交跨河桥梁对山区河流行洪的影响,以四川省某拟建斜交跨河特大桥为例,利用物理模型试验研究,分析了不同工况下桥梁建成前后的水流流态、流速与水位,桥梁建成后的冲刷深度,以及河势稳定性。结果表明：该类错孔布置的柱式墩斜交桥梁对河道水位、流速影响不大,对工程下游由右岸侧向左斜冲水流有一定阻碍作用,使得主流略向右岸侧有一定调整。桥梁所在河段仍属于河势稳定河段,拟建桥梁对河流行洪影响较小。     

曼宁公式在工程水文设计中的应用

水位、流速等水文工程的设计通常采用水位流量关系曲线法、洪水坡降法、曼宁公式法等方法,本文通过工程水文设计分析实例,介绍利用曼宁公式推算跨河工程设计水位、流速等工程水文参数的计算过程。     

甬江扩建油码头对所在河段的行洪影响分析

近年来甬江尾间段修建了不少码头,它们对河口段行洪排涝产生了很大影响.本文采用平面二维水沙数值模拟的方法,以某拟扩建油码头为例,对油码头扩建前、后不同工况条件下该河段的水流及河床冲淤特性进行数值模拟,分析了工程修建后对洪水位、洪水河势及栈桥区冲淤的影响.结果表明,扩建油码头后洪水水力要素发生一定变化,码头上游水位略有壅高,下游水位降落;码头迎流段流速减小,相应背流段流速加大;水流动力轴线略向左岸偏移,但河势依旧稳定;栈桥头部有局部冲刷,码头上下游滩地微量淤积.可以利用落潮流进行航道疏浚清淤与边滩清淤整治,但须防止边滩持续淤积可能带来的河势调整.     

海上不同结构形式桩基对水流的影响

为了研究不同结构形式桩基对水流的影响规律,建立三维数值模型,采用直接模拟法将桩基作为不透水边界处理,利用三角形加密网格精确模拟桩基形状,计算分析不同结构形式桩基影响下水位和流速的变化。结果表明:桩基引起的水流变化主要表现为桩基上游水位壅高,下游水位跌落,在桩基两侧流速较大,上、下游流速较小;不同结构形式桩基的流速变化分布略有不同,三桩导管架基础对流速影响最大,其次为单桩基础,高桩承台基础影响最小;流速垂向变化由表至底呈增大趋势,水深越大,流速越大。     

沉湖特大桥对河道防洪影响的数值模拟

为了分析沉湖特大桥对汉江沉湖河段的防洪影响情况,建立了非正交曲线坐标下平面二维水流数学模型,并应用该模型对汉江沉湖特大桥修建前后的水流运动情况进行了模拟。模型计算结果表明,桥梁修建后对工程附近河段水位和流速影响均较小,基本上不会对沉湖河段防洪产生不利影响。     

输电线路穿越分蓄洪区对防洪的影响评价

在分蓄洪区建设输电线路时,必须考虑两个方面的安全影响：① 输电线路的修建对分蓄洪区运用以及防洪工程的影响;② 分蓄洪区运用对输电线路工程自身安全的影响。根据这一要求,利用分蓄洪区二维水流数学模型,模拟了荆江分蓄洪区内拟建的某输电线路修建前后分蓄洪区内洪水的演进过程;利用堤防渗流稳定计算软件对跨越堤防处的渗流稳定影响进行了分析计算;同时引用相关规范提供的冲刷计算公式对各塔基周围的冲刷深度进行了分析计算。结果表明：工程的修建不会对分蓄洪区运用时的分洪流量、分洪历时、蓄洪水位、流速过程和堤防附近流速等产生明显不利影响。     

某拦河闸式渠首闸门调度及运行方式的数值模拟研究

采用数值模拟的方法,对新疆某渠首工程的闸门调度及运行方式进行了三维数值模拟,并对不同工况下典型断面的流量、水位及流速进行分析。研究表明数值模拟与物理试验得出的结果吻合情况较好,不同工况下的渠首运行方式均可达到较优的泄洪、引水效果,三维数值模拟的方法能够弥补物理试验费时费力,并且对流场内部特性难以掌握的缺点,可用于类似渠首工程运行方式的数值模拟研究,并为实际工程的运行控制提供参考。     

长江围滩工程对防洪及河床冲淤变化影响的数值模拟

在长江沿岸围滩工程建成后，将会引起局部河段水位、流速场、含沙量及河床冲淤的变化，特别是当围滩工程附近有取水口等重要水工建筑物时影响更大。以扬州二电厂围滩工程（渣场）为研究实体，运用数值模拟方法定量分析计算了围滩工程（渣场）对其下游电厂一、二、三期取水口冲淤变化的影响，为渣场选址和电厂取水口定位提供参考依据。