考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变，给数值模拟带来了很大的困难，传统的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上，应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型，模型首先检验了纯对流问题，然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移，计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响，揭示了钱塘江河口高含沙量区成因，以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

涌潮数学模型在钱塘江河口桥梁工程中的应用

钱塘江河口潮大流急,特别是汹涌的涌潮,对钱塘江河口的桥梁工程破坏力极大.应用以准确Riemann解为基础的Godunov格式,结合WLF方法模拟了钱塘江涌潮.在验证计算的基础上,预测了潮差频率为0.33%、1%、2%、5%条件下环杭州湾萧山通道工程(钱塘江十桥)桥位处的设计流速和设计流量,为桥梁工程的设计提供了依据.     

钱塘江二维涌潮数值模拟及其应用

分析了涌潮数值模拟的困难,综述了钱塘江涌潮数值模拟的进展,应用有限体积-KFVS格式建立了钱塘江二维涌潮数值模型.模型在验证计算的基础上,预测了杭州湾规划设想方案、治江围涂工程和桥梁工程等对涌潮的影响,并已推广到溃坝波和海啸传播过程的数值模拟.结果表明,涌潮数值模型分辨率高,计算稳定,守恒性好.该模型不但适用于无涌潮水域的模拟,也适用于传统数值模型不能模拟的涌潮等间断流的模拟.     

钱塘江涌潮一维数值模拟

应用有限体积法离散一维圣维南方程,对界面通量采用迎风格式求解,对水面坡降项采用迎风和顺风的加权平均计算。模型模拟了溃坝波、亚临界流等典型算例,并经实测涌潮资料验证,较好地模拟了钱塘江涌潮形成、发展和衰减的全过程。分析涌潮计算成果,加深了对钱塘江涌潮的认识。     

基于三角形网格的浅水间断流动泥沙输移数值模拟

浅水间断流动条件下泥沙输移具有广阔的工程应用背景.采用基于准确Riemann解的Godunov格式求解法向数值通量,应用干底Riemann解计算动边界问题,建立了基于无结构三角形网格空间二阶精度的二维水流和泥沙输移有限体积法数值模型.模型在纯对流问题检验的基础上,模拟了孤立波在滩面上传播变形以及对圆柱周围的局部冲刷,复演了孤立波变形后流场和泥沙场突变的过程,并且圆柱周围局部冲刷坑计算结果与实验基本吻合.     

二维溃坝波遇障碍物的水流泥沙数值模拟

本文通过对浅水方程进行Godunov差分离散和对泥沙运动方程进行一阶迎风差分离散,建立了平面l二维溃坝水流泥沙数值模型。在算例中计算了溃坝波遇障碍物后的水流反射、绕射及泥沙冲淤,计算结果表明,溃坝波遇障碍物后会产生明显的反射和绕射,并在障碍物前形成壅水、障碍物的侧面会发生剧烈的冲刷,障碍物前后则会发生局部淤积。本模型能够较好地模拟溃坝间断水流的运动,结果符合水流泥沙运动的基本规律。     

涌潮对钱塘江河口盐水入侵影响研究

钱塘江河口潮强流急,涌潮汹涌,是典型的强混合型河口,其盐水入侵程度远强于其它潮汐河口。基于Godunov格式的有限体积法建立了涌潮作用下二维高精度盐水入侵数学模型,结合实测潮汐、涌潮和氯度资料分析,研究了涌潮对钱塘江河口盐水入侵的影响。结果表明,涌潮促使盐水入侵加剧,导致时间上和纵向上氯度变率增大,涌潮是形成盐度锋的动力机制。同时,涌潮紊动激烈,促使氯度垂向分布均匀。另外,还对氯度控制方程中扩散系数的取值进行了讨论,认为钱塘江河口扩散系数取102m2/s量级较为合适。     

钱塘江九溪涌潮重塑在工程实践中的探索研究

为保护钱塘江涌潮景观、减小涌潮危害,重塑钱塘江九溪涌潮,变潮害为潮景,使涌潮可赏、可控、安全。应用KFVS格式建立二维涌潮数学模型,在实测水文资料验证的基础上,计算优化方案实施前后的流场及涌潮传播特性,从构筑物近区涌潮高度、涌高明显的岸线长度和涌高明显的区域面积等3个指标综合评判涌潮重塑效果。通过物理模型试验,模拟涌潮的形成与传播过程,分析比较各方案实施前后工程区域附近涌潮传播过程的壅高、越堤等变化情况,进一步验证了重塑效果。研究结果表明,通过优化工程布局,采取工程措施,钱塘江九溪涌潮重塑具有可行性,既能保留九溪涌潮特性,又能实现安全观潮。     

A preliminary study of the turbulence features of the tidal bore in the Qiantang River,China

In this paper, the turbulence characteristics of the tidal flow in the Qiantang River, China, the world-famous Qiantang bore, are studied. A detailed field observation at the Yanguan section of the Qiantang River was carried out during the spring tide in October 2010 with a continuous collection of high frequency turbulence data. The data analysis shows that the hydrodynamic processes are characterized by a strong tidal bore. Statistics of the turbulence such as the probability distributions of the turbulent components, the variance terms and the covariance terms are found consistent with those of previous studies of estuaries without the tidal bore. However, along the vertical profile, the distributions of all variables become more scattered downwards. The horizontal turbulence fluctuations are of a similar magnitude while the vertical turbulence has a fluctuation magnitffde about 1/3 of that of the horizontal turbulences. The fluctuation strengths and the Reynolds stresses are much larger than those of other estuaries when the bore arrives. The bottom shear stress varies periodically with the tides, less than 0.44 N/m2 during the ebb but is increased drastically at the bore arrival, with the maximum being 0.92 N/m2. A good linear relationship is found between the bottom shear stress and the bottom suspended sediment concentration.     

钱塘江涌潮对风场响应的三维数值研究

台风作用下钱塘江涌潮观赏性强,破坏力大。结合台风期实测潮汐资料分析,基于三维数学模型研究了顺风和逆风条件下恒定风况对钱塘江涌潮水流的影响,得到了不同风况对涌潮高度、流速、传播速度和涌潮潮景的影响程度。顺风作用导致涌潮高度、流速和传播速度均增大,风速愈大,增加幅度愈大,涌潮流速沿水深分布愈不均匀。在顺风30 m/s风况下,盐官涌潮高度增加5%,涌潮流速增大33%,涌潮传播速度加快37%;顺风作用下,老盐仓回头潮更强,回头潮水位更高,反映了台风期间老盐仓经常出现回头潮翻越海堤堤顶的情况。逆风作用与顺风作用相反。计算结果与实际情况在定性上一致。     

涌潮对钱塘江河道流场影响的三维数值模拟研究

利用实测的钱塘江地形数据建立了钱塘江三维河道的计算机几何模型,并根据已有的涨潮潮位等水文信息,采用VOF方法追踪模拟水和大气的自由交界表面,对钱塘江涌潮进行了三维非稳态数值模拟。数值模拟结果与不同时刻和不同测点所测得的水文数据的对比显示,模型能较好地模拟涨潮条件下河道内流场和潮位的变化。在此基础上进行了涌潮对河道内流场影响的规律的研究。     

钱塘江河口盐水入侵影响因素及数值预报

为预报钱塘江河口取水口水体氯度,应用基于Godunov格式的有限体积法建立了考虑涌潮作用的二维氯度预报数值模型,采用实测资料并结合数值模型计算成果,分析了径流、潮汐及涌潮、江道地形等主要因素对钱塘江河口盐水入侵的影响。研究结果表明,江道地形是通过改变潮汐大小间接影响盐水入侵的,江道容积越大,潮差和进潮量越大,导致盐水入侵越严重;涌潮促使盐水入侵加剧,涌潮前后氯度存在突变。模型在钱塘江河口氯度预报中的应用结果表明,模型计算结果与实测值基本吻合,模型具有较大的预报应用价值。     

建桥对钱塘江涌潮高度影响的试验研究

采用潮浪水槽和定床模型进行建桥对钱塘江涌潮高度影响的试验,结果表明涌潮高度的减小幅度与桥墩的阻水率成正比,因此为了保护涌潮的景观,在满足桥梁结构强度和安全的前提下,应尽量减小桥墩的阻水率.