长江汉口河段平面二维水沙数学模型初步研究

在长江汉口河段二维泥沙数学模型的建立与求解过程中，采用了曲线四边形9点等参单元法，任意剖分计算区域，并构造出形函数将水流连续方程、运动方程、泥沙扩散方程和河床变形方程离散，根据来水来沙过程并利用边界条件，模拟了较长时问的河床变形。     

清水下泄河床变形的模型试验及数值模拟

根据清水下泄引起的河床变表过程的模型试验，运用泥沙连续方程，引入了以反映瞬时冲淤２量的特征速度概念，导出了推移质输沙的平衡过程方程。再结合水流的圣维南方程，河床变形方程，对试验结果进行了数值模拟。     

非均匀非恒定流中泥沙运动规律初探

本文通过一系列水槽试验对非恒定非均匀流中泥沙运动和河床变形规律了初步探讨，在恒流条件下，缩窄河的河床在流量大时发生冲刷。冲刷平均深度服从按缩窄段与正常段最终达到过流断面相的原则推导出来的公式，如何河床泥沙组成不均匀、河床在冲刷过程中就会逐步形成粗化层，因而冲刷深度较小，对于非恒定流、河床变形滞后于水流的变化，这是由于河床具有抵抗变形的“惯性”，推导出了河床变形方程和“河床惯性公式”，河床惯性依赖于     

河床变形方程的简化研究

通过分析,在假定河底含沙量与垂线平均含沙量的比值与垂线平均含沙量的函数关系式基础上,给出了简化的河床变形方程,该方程符合泥沙运动力学的基本理论.通过对新的河床变形方程的探讨,发现一般意义上的恢复饱和系数实际上是一个综合参数,而不再是河底含沙量与垂线平均含沙量的比值,可以取远小于1的值.     

松花江三姓浅滩航道整治的二维数值模拟研究

松花江三姓浅滩上段河床由沙质组成，但抄质覆盖层很薄，中下段底质坚硬由石质组成并有基岩裸露。本文以三姓浅滩航道整治工程为例．应用航道工程泥沙数学模型，由一期整治工程作用下的水面线、流场及河床变形资料率定模型中的糙率、推移质输移方程等，然后进行二期整治工程作用下的水流及河床变形模拟．并与实体模型试验资料进行了比较。     

平面二维溃坝水沙输移动床数学模型研究

为数值模拟溃坝洪水作用下泥沙输移及河床变形，建立了无结构三角形网格的平面二维水沙耦合数学模型。水动力学模型采用浑水流动方程，考虑了泥沙输移及床面冲淤变化对动量的影响；泥沙输移采用不平衡泥沙对流扩散方程描述。模型数值计算格式采用有限体积法，单元界面的对流通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算，扩散通量采用中心格式，不平衡泥沙输移方程采用坡度限制的二阶空间精度格式离散。模型经经典算例和小尺度瞬间全溃的动床实验资料检验，水面、床面及流速等计算结果与实验资料或解析解等比较吻合。在上述检验的基础上，分别采用动床及定床模型对浙江省某河道型水库溃坝诱发的水沙运动进行了数值模拟，结果表明动床下的溃坝洪水的传播速度快于定床，动床与定床的水位、流速差异很大，这说明溃坝洪水下水流、泥沙及河床变形发生强烈的相互作用，采用水沙及河床变形耦合的数学模型是必要的。     

考虑环流横向输沙及河岸变形的平面二维扩展数学模型

本文考虑弯道环流输沙效应，在泥沙运动基本方程中增加了反映环流横向输沙附加项，对平面二维水沙数学模型的悬移质、推移质输沙方程和河床变形过程进行了扩展。借助土力学中关于边坡稳定性理论中的圆弧滑动法，并引入多杈树搜索方法，建立了适用于平面二维数学模型的河岸崩塌变形计算方法。经扩展后的平面二维水沙数学模型能模拟环流横向输沙及由其引起的河床冲淤和河岸变形，并应用该模型模拟了弯道发生、发展过程，计算结果与已有的认识是一致的。     

推移质非平衡输运方程的探讨

运用爱因斯坦有关推移质运动研究的基本思想，导得推移质的非平衡输运方程，该方程在一定的条件下可以分别转化为Ｂｅｌｌ型和Ｂｅｎｎｅｔｔ型方程，空间滞后系数建议取为冲刷率与平衡输沙能力之比，根据非平衡输沙法联立的方程组适用于建立推质输沙条件下的河床变形数学模型。     

推移质运动的二维数学模型

本文建立了一个模拟推移质运动的二维数学模型，水流运动方程中考虑了河流弯曲处环流所引起的动量交换，推移质运动方程中则考虑了推移质运动的随机性、床沙粗细颗粒的相互影响及床沙级配沿河宽的调整。利用连续弯道清水冲刷河床变形试验资料对模型进行了检验，检验结果表明，数值计算结果在定床及动床水面线、流速沿河宽分布、冲刷过程中水位下降过程、河床的平面变形、出口断面推移质输沙率及其级配、床沙沿纵横向的分选等方面与试验结果吻合较好。     

三维水流河床变形数学模型

本文针对三维水流所具有的紊动各向异性，不规则边界及自由表面和动床问题。采用修正的Ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程作为紊流控制方程；引入通度概念处理不规则边界；引用ＶＯＦ法追踪自由表面；根据冲刷过程的物理特性推得冲刷坑的发展规律并用前人公式及试验资料验证。最后，作为例子就南水北调中线方案名河渡槽河段的流场和河床变形进行数值模拟，给出了一些工程上有用的结果。     

冲积河流混合活动层内床沙级配变化的动力学基本方程

本文将冲积河流混合活动层内床沙的交换、掺混概括为表层床沙与水中运动泥沙在床面附近湍流作用下的掺混交换和混合活动层中泥沙在沙波运动作用下的掺混交换过程，建立了冲积河流混合活动层内床沙级配变化的基本方程。该方程定量地反映了水流强度、床面沙波运动及河床冲淤变化与床沙级配变化的关系，描述了河床冲淤过程中床沙级配时空变化的动力学特性。文中还应用该方程，分析了河床冲刷粗化现象。     

荆江重点浅滩整治的二维动床数学模型研究

本文针对荆江河道边界形状复杂、长宽相差悬殊及水沙具有明显的二维特征．建立了贴体正交曲线坐标系下河道二维动床数学模型。给出了正交曲线坐标系下二维动床数学模型的控制方程、控制方程的离散及数值解法、边界条件及动边界技术。细致地模拟了荆江卵石夹沙河床及沙质河床浅滩河段的水面线、流速场、含抄量浓度场及河床变形。计算的水位、流速分布及河床变形与实测资料吻合良好。在分析河床演变规律及浅滩成因的基础上．进行了不同组次来水来沙水文年的多个整浩方案的数值试验，探讨了重点浅滩段整治原则及整治工程的初步布置。     

一种模拟黏土心墙坝漫顶溃决的水沙耦合数学模型

为了减轻黏土心墙坝漫顶溃决的损失,需要对黏土心墙坝的漫顶溃口发展过程进行深入研究.基于黏土心墙坝漫顶溃决机理,建立了黏土心墙坝漫顶溃决水沙耦合数学模型.模型采用的水动力学模型为固液两相湍流方程,考虑了床面变形对于水流运动的影响;使用PLIC-VOF法(分段线性界面重构-流体体积法)使其精确重构自由表面;固壁边界运用基于...     

2-D NUMERICAL SIMULATION OF CRUSH BEDROCK RIVER

In this paper, the erosion-resisting coefficient was introduced to compute bed deformation in a crush bedrock river. In the case of crush bedrock, there has been no proper control equation to describe bed stability, which leads to difficulty in calculation of the bed deformation with conventional methods. The data from field survey were used to give the erosion-resisting capability with an appropriate coefficient. After the determination of longitudinal distribution expressed by polynomial regression and transversal distribution expressed by normal distribution function, the plane distribution of erosion-resisting coefficient in a crush bedrock river was obtained. With the computational results from a 2-D horizontal flow mathematical model, the erosion-resisting coefficient and controlling condition of local stability were employed to compute the values of bed deformation when riverbed is stable.The above method was applied in a case study, and the computational results of flow and bed deformations are in good agreement with physical model test data.     

挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟涉水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟抄水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟抄率与水流饱和输抄率相等时，冲刷率降刊0。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值50t／Tn0。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有耜同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与于容重及摩阻流速之比构成的无困次数A。代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。     

黄河下游游荡型河段洪水演进与河床变形过程的数值模拟

黄河下游游荡型河段的河床变形过程相当复杂，横向变形尤为突出，现有水沙数学模型一般仅能模拟河床纵向冲淤，不能模拟滩岸横向冲刷与崩塌，本文将平面二维水沙数学模型与粘性河岸冲刷的力学模型相结合，建立河床变形的平面二维混合模型。然后以黄河下游花园口至夹河滩的游荡型河段为例，采用该混合模型，首次较为全面地模拟了1982年汛期的洪水演进与河床变形过程。沿程最高水位、出口断面流量过程等计算值与实测值符合较好。计算结果还表现为大水时主槽冲刷，滩地淤积；小水时主槽淤积，滩地崩塌。该计算结果与游荡型河段的年内冲淤变化规律一致。     

NUMERICAL SIMULATION OF BED DEFORMATION IN DIKE BURST

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＲｉｖｅｒｓａｒｅｏｆｔｅｎａｔｔａｃｋｅｄｂｙｌａｒｇｅｆｌｏｏｄ .Ｗｈｅｎｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｉｎｒｉｖｅｒｉｓｖｅｒｙｈｉｇｈ ,ｗｅａｋｅｒｐａｒｔｓｏｆａｄｉｋｅｗｉｌｌｂｅｄｅｓｔｒｏｙｅｄ .Ｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｅｄｌａｎｄａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｉｌｌｂｅｓｕｂｍｅｒｇｅｄ .Ｓｏ ,ｉｔｉｓｏｆｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｓｉｇｎｉｆｉ ｃａｎｃｅｆｏｒｄｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｋｅｒｓｏｆｆｌｏｏｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｔｏｅｘａｃｔｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅ…     

180°弯曲水槽内床面冲淤演化过程数值模拟

为准确掌握180°弯曲水槽内床面冲淤特征及其演化过程,采用基于非结构化三角形网格的三维流动和地形冲淤数值模型对180°弯曲水槽内床面的冲淤演化过程进行复演。运用标准k-ε紊流模型和显式2步投影方法求解RANS方程,推移质输沙率选取VanRijn输沙公式计算,对于二次流强度较强、横向坡度对输沙方向影响较大的强弯曲水槽,采用方便实用的Engelund方法计算横向底坡所引起的输沙方向的偏移,同时对河床变形所引起的河床临界起动切应力变化进行修正及对流动和地形冲淤相同时间步模拟非恒定的河床冲淤演化过程。与试验测量结果对比显示数值模型对强弯曲水槽冲淤特征有较好的模拟效果;Engelund方法对计算输沙方向偏移角度具有明显的改进;模型同样也具备复演内床面非恒定冲淤演化过程的能力。     

清水冲刷河床粗化数学模型

本文建立了大坝下游清水冲刷河床粗化一维数学模型。该模型考虑了非均匀推移质不平衡输移,并引入混合层模式用于模拟河床组成的变化。利用Preissmann隐式格式求解水流方程组,用显式格式求解河床变形方程及床沙级配调整方程。该模型侧重于模拟河床粗化过程,也能用于河床一维变形计算。利用我们做过的清水冲刷水槽实验资料对模型进行了全面的验证,取得了令人满意的结果。