江河泥沙灾害形成机理及其防治研究

一、主要研究内容 该项目主要以黄河和长江等流域为例,研究大江大河泥沙灾害的形成机理以及相应的防治措施.整个项目分为6个课题.     

壁面凸体层流绕流流场的数值计算

采用贴体坐标变换方法将直角坐标系中不规则的流动区域变换成规则的计算区域。对求解原始变量的ＳＩＭＰＬＥＲ方法进行了改进，应用有限分析法给出了由正常网格求解原始变量的迭代方法，然后计算了台阶绕流和任意凸体绕流的流速、压力场。计算结果表明该方法简单有效，压力、速度收剑效果好，计算精度较高，可以用于计算各种流动区域的流场。     

壁面凸体层流绕流流场的数值计算

采用贴体坐标变换方法将直角坐标系中不规则的流动区域变换成规则的计算区域．对求解原始变量（ｕｋ，ｐ）的ＳＩＭＰＬＥＲ方法进行了改进，应用有限分析法给出了由正常网格求解原始变量的选代方法．然后计算了台阶绕流和任意凸体绕流的流速、压力场．计算结果表明该方法简单有效，压力、速度收敛效果好，计算精度较高．可以用于计算各种流动区域的流场．     

实际地形下溃坝波的有限近似解

采用有限近似法5点格式离散二维浅水波方程组,建立平面二维溃坝洪水波模型。通过与平底无摩擦二维非对称部分溃坝问题其他数模的结果比较,结果表明该模型能够较好地模拟自由面的变化规律,具有较强的间断捕捉能力。进而对实际地形下的二维溃坝问题进行了计算模拟,给出了精细的数值结果,揭示了复杂的运动特性,进一步显示了有限近似法模拟溃坝洪水波间断面的形状和位置的优良性能,是求解溃坝流动的有效方法之一。     

三峡水库汛末蓄水方案比较

在综合分析已有研究成果的基础上，分别比较了三峡水库汛末推迟蓄水方案和提前蓄水方案对三峡工程防洪，发电及航运的影响，并对各蓄水方案的综合效益进行初步评价，归纳了各蓄水方案的利弊。所得结论可供三峡工程正式建成后制定调度运行方案时参考。     

求解二维扩散方程的有限近似解法

提出求解二维扩散方程的新方法——有限近似解法7点格式,对非规则区域定常扩散方程和规则区域非定常扩散方程的计算与精确解比较,表明这一方法较有限分析法计算简单,计算精度高,并且可以适用于不规则边界区域的计算。最后计算了典型的坝基渗流流场,计算结果与实验结果吻合较好。     

洪潮遭遇情况的水动力学计算

运用Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ方程和二维浅水方程计算了洪潮遭遇的水动力特性,采用将一维和二维计算区域局部重叠的方法实现了两个计算区域的衔接。经过对深圳河各种情况下水动力特性的计算表明,所采用的方法是十分有效和切实可行的。     

二维扩散方程的9点格式有限近似解法

通过假设在曲线网格局部单元内满足二维扩散方程的近似解,并对计算区域进行离散,推导出中心点函数值和周边8点函数值之间的关系式,从而建立求解二维扩散方程的新方法,即基于曲线网格下的有限近似解法9点迭代格式.该格式用于非规则区域定常扩散方程和规则区域非定常扩散方程的计算,并与精确解等进行比较,结果表明该方法在计算简便性、精度和适用性等方面具有良好的特性,且比5点格式的有限近似解在精度方面有明显改善.最后计算了典型的坝基渗流流场,计算结果与试验结果吻合较好.     

汉口边滩开发利用对防洪影响的数值模拟研究

采用数值模拟方法研究了汉口边滩开发利用对武汉河段防洪的影响，得到了不同整治方案、防水墙外移距离对洪水水位及流速流态的影响程度。研究结果表明，汉口边滩具有较大的开发利用价值，合理整治开发汉口边滩可以发挥其防洪效益、经济效益和社会效益。     

用混合有限分析法求解二维溃坝洪水波的演进

在交错网格上，基于混合有限分析法离散浅水方程组和水深平均k-ε两方程湍流模型，并运用SIMPLE算法求解离散后的代数方程组，建立平面二维溃坝洪水波演进模型，对比典型算例——平底无摩擦二维非对称部分溃坝问题，数值模拟结果表明该模型能够较好地模拟自由面的变化规律，具有较强的捕捉间断的能力，充分显示了混合有限分析法模拟溃坝洪水波间断面的形状和位置的优良性能。