平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分,应用破开算子原理,建立了平面二维非均匀沙水流沙数学模型,并使用了平面二维非均匀沙流挟沙力公式,着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量,河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程,数值实验表明,该方法边界符合良好,计算量小,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律。     

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.     

水库下游清水冲刷影响下的河道调整规律研究

水库修建后,改变了河道来水来沙条件,建成初期,由于泥沙被拦截在库内,下泄水流基本为清水,一般会对下游河道造成一定程度的冲刷调整.采用平面2维水沙数学模型研究了大渡河某水电工程修建后,对下游河道的清水冲刷影响,分析了水位、流速、河床冲淤等参数在常遇洪水作用下的变化.研究表明,清水下泄可以带来下游河道断面形态的调整,河床总体冲刷下切,流速分布趋于均匀,水位明显降低.     

三峡工程下游卵石夹沙河段床沙粗化计算

三峡工程运用后,下泄清水持续冲刷河床,造成长江中游河段床沙逐年粗化,对长江中游河段水沙输移及河床演变规律的研究产生重要影响。为研究三峡工程下游宜枝河段、枝江河段卵石夹沙河床年际床沙粗化及年内床沙交换过程,基于Markov三态转移概率矩阵,引入非均匀沙隐暴系数,得到卵石夹沙河床上床沙级配、推移质级配及悬沙级配的概率计算模型(沙量平衡方程),能够同时考虑前期水沙条件、床沙起悬及冲淤过程对床沙交换过程的影响。结果表明：2003～2017年,枝城站床沙发生明显粗化,泥沙颗粒级配分布曲线左移,2003年床沙粒径范围为0.002 mm～41 mm,2017年变为0.031 mm～86 mm;此外,该断面床沙中值粒径总体呈上升趋势,并在2010年以后有一定波动,但波动幅度较小;并以汛初、汛末为时间节点,将枝城站年内月均床沙变化过程分为三类。通过枝城站2003-2009年实测资料验证,本文建立的概率模型计算结果与实测资料符合较好,能够应用于三峡工程下游宜枝河段及枝江河段卵石夹沙河床年际床沙粗化及年内床沙交换过程的预报,为今后非均匀沙运动及非平衡输沙机理的研究提供理论基础。     

滑坡堵江弯道床沙分选及河床变形试验研究

为了对地震后弯曲河流的灾害防治提供科学依据,通过弯道不同水流条件清水冲刷试验,分析了弯道水流结构、床沙分选及其河床变形特征,得到结论:弯道进口顶冲位置具有较大的横向流速;对于非均匀床沙弯道,河段不同位置床沙粗细化现象极为显著;弯道河段地形冲淤变化不同区域存在较大的差异.深入揭示了弯道底沙运动、冲淤变形与水流特性的相互作用机制.     

非均匀沙起动规律初探

本文根据近底水流结构及床面圆球绕流试验成果,阐明了非均匀沙起动机理的复杂性。建立了能反映非均匀床沙暴露作用及隐蔽作用的计算非均匀沙起动流速的简化模式,通过专门安排的非均匀沙起动流速试验及分析川江野外观测资料,确定了计算公式的系数。计算结果能反映较细的非均匀床沙较同粒径均匀沙难于起动,而中等及较粗的非均匀床沙则较同粒径均匀沙易于起动的特点。     

溢洪道下游河段平面二维冲刷的计算方法

采用平面二维数值模拟方法 ,对溢洪道下游河床以破碎基岩为主的河流冲刷进行了模拟计算方法的探讨 .利用洪水河床勘测资料和物理模型实测试验数据 ,对表征河道床面稳定的抗冲系数作回归分析和概化 ,确定这类河段床面抗冲系数的平面分布 .运用平面二维水动力学数学模型与床面稳定的辅助控制方程 ,得到了床面稳定时的河道平面冲淤分布     

河床粗化計算

无論是一般冲刷抑或局部冲刷,在床砂組成不均勻的条件下,都会发生粗化問題,在冲剧过程中,較細的顆粒被水流冲走,較粗的顆粒停留下来,逐渐在河床表面形成一层保护(?),加大河床的抗冲能力,限制冲刷的进一步发展。     

非均匀沙挟沙力的研究

非均匀沙挟沙力是河道水流泥沙运动的重要课题之一。本文采用随机数学的方法,分析了水流与床沙的相互作用及床沙与床沙质的相互交换,建立了非均匀沙挟沙力公式。并用野外实测资料对公式进行了验证。验证结果表明,公式有较好的预测性。     

考虑粘性泥沙运动的黄河口二维水沙输移数学模型

为研究黄河口的水沙输移规律,采用基于无结构三角网格下的有限体积法建立了平面二维水沙数学模型.模型中分别采用不同方法处理粘性和非粘性沙的输移源项,并引入经验证的粘性沙输移源项改进公式.采用已有的概化水槽冲淤试验资料对模型进行了验证,然后应用于1982年6月至1983年5月期间黄河口水沙输移的数值模拟,计算得到的潮位过程及冲淤量与实测资料符合较好,结果表明模型能够较好地模拟考虑粘性沙运动的黄河口非均匀沙不平衡输移.最后比较了不同泥沙输移源项处理方式对模拟结果的影响,计算表明在黄河口水沙输移数值模拟中需要采用非均匀沙模型并同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移.     

采沙河流二维水沙耦合数学模型

对引进的采沙河流二维水沙数学控制方程组进行系列变形和化简,并利用逆风格式和ADI法及有限差分法对方程组进行离散求解,建立了采沙河流平面二维水沙耦合河流数学模型.与传统的河流数学模型相比,该模型中加入了反映采喂沙活动影响强度大小的参数采沙通量Fm与喂沙通量Ff,可反映出河流采喂沙活动对河床变形影响的持续性和同步性,可以精细地模拟和描述采沙河流中的水沙运动变化情况.     

采沙河流二维水沙耦合数学模型

对引进的采沙河流二维水沙数学控制方程组进行系列变形和化简,并利用逆风格式和ADI法及有限差分法对方程组进行离散求解,建立了采沙河流平面二维水沙耦合河流数学模型．与传统的河流数学模型相比,该模型中加入了反映采喂沙活动影响强度大小的参数采沙通量Fm与喂沙通量Ff,可反映出河流采喂沙活动对河床变形影响的持续性和同步性,可以精细地模拟和描述采沙河流中的水沙运动变化情况．     

Modeling sediment transport in the lower Yellow River and dynamic equilibrium threshold value

1IntroductionTheYellowRiverbasin,knownasthecradleoftheChineseculture,hasalargepopulationandisrichinnaturalresources.ThisregionanditseconomicconditionshavebeenimprovedquicklysinceChina’seconomicreformandopening-up.However,thewaterresourcesandtheirenvironmentalissueshavereceivedlittleattention.Thesedi-mentconcentrationintheYellowRiverissohighthatthedepositionontheriverbedmakestheriverbedelevationhigherthanthegroundoutsidetheriverbanks,whichleadstothefamous“suspendedriver”sceneintheregion.P…     

Modeling sediment transport in the lower Yellow River and dynamic equilibrium threshold value

A major problem in the lower Yellow River is the insufficient incoming water and excessive sediment supply, which results in serious deposition, continuous rise of the river bed, and austere flood control situation. To understand the sediment transport regularity of the lower Yellow River and determine the relationship between sedimentation, incoming water and sediment, and zone water diversion, a mathematical model of the sediment suitable for the characteristics of the lower Yellow River has been developed. This model is first rated and verified by large quantity of observed data, and it is then used to analyze silting reduction for the lower Yellow River by Xiaolangdi Reservoir’s operation, the relationship between zone water diversion and channel sedimentation, and critical equilibrium of sedimentation in the lower Yellow River. The threshold values of equilibrium of sedimentation in the lower Yellow River are estimated and they suggest that deposition in the lower Yellow River can be effectively reduced by the operation of regulating flow and sediment from Xiaolangdi Reservoir, water-soil conservation, and controlling water diversion along the lower Yellow River.     

塔板上液体二维不均匀流动时的浓度分布

本文提出了塔板上液体二维不均匀流动时的浓度分布数学模型,并对数学模型进行差分求解,给出了塔板上液体的浓度分布图.这可作为确定塔板效率的依据。     

平面二维河道水流泥沙数学模型

引入通度概念处理河道不规则边界,用ＡＤＩ算法求解沿水深平均方程,破开算子法解悬移质不平衡输沙方程及河床变形方程,建立了平面二维河道水流泥沙数学模型,并通过物理模型试验对数学模型进行检验,表明该模型可应用于工程实践     

采场风流参数计算数学模型和数值计算方法

本文利用渗流理论和管路漏流流动规律及采空区与相邻风流通道交界面上的力学关系、流量关系,建立了一整套采场风流参数计算数学模型,并介绍了解算采空区风流参数的有限元方法。利用现场实测流量结果作为边界条件进行了计算、计算所得采空区边界上的压力值与实测值吻合很好。     

基于渗流理论的破损沥青路面结构渗水量计算

路面破损程度对路面渗水量以及路面水损害具有显著影响。基于裂缝渗流理论模拟水渗入路面的情况,建立了含有裂缝和龟裂的路面雨水渗流的数学物理计算模型,并推导出考虑裂缝和龟裂的沥青路面雨水渗流量的理论计算公式。通过分析破损路面的渗水率和渗水量的试验结果可以看出,路面破损（裂缝、龟裂）对路面渗水量的影响非常大,路面设计时必须予以分析考虑。通过计算分析文中建立的两种模型表明：合理地估计路面渗水量应该根据路面的破损程度,如路面裂缝长度、裂缝宽度、裂缝密度、路面龟裂密度和龟裂破损程度来估算路面的渗水量和渗入率;当表面水渗入量一定时,透水性材料的渗透系数越大,则所需要的透水基层厚度越薄,并且在确定路面的厚度后,透水基层厚度的确定,不仅与透水层的渗透系数有关系,而且还要考虑到路面结构整体的强度要求。     

长江土脑子河段曲线二维动床模型研究

采用控制体积法与SIMPLE算法对一般曲线坐标下控制方程进行离散和求解,建立了长江土脑子河段曲线二维动床模型.模型控制方程离散时物理量布置采用非交错网格,避免了采用交错网格时所需的大量插值计算,提高了计算效率.模型较全面地考虑了非均匀悬移质及推移质运动,具有较好的普遍适用性.通过长江土脑子河段三峡水库蓄水以后2004年3~6月实测水沙资料对模型进行了验证,计算结果表明模型能够合理地反映土脑子河段水沙运动及河床变形规律.