应用数学模型与物理模型相结合研究工程泥沙问题

本文介绍葛洲坝水利枢纽采用数学模型与物理模型相结合的方法对水库库区泥沙问题进行研究的经验:一维数学模型研究全库区的泥沙冲淤过程和平衡情况,物理模型则研究变动回水区库段的三维水流航道泥沙问题。这种研究方法是研究大型水利枢纽工程泥沙问题的重要途径;两种模型能起互相配合,相辅相成的作用;能减少物理模型试验河段的长度和主要设备、经费开支:能减小物理模型的时间比尺变态率和模型几何比尺变态率,提高模型试验精度。本文评述了葛洲坝水利枢纽采用的数学模型——水库不平衡输沙研究,并提出数学模型与物理模型相结合应注意的问题。     

四面六边透水框架构筑心滩防护工程清水冲刷试验研究

四面六边体透水框架作为一种航道整治建筑物广泛应用于长江中下游航道整治过程中并取得了较好的效果,但也存在大面积损毁现象。为此,通过水槽概化模型试验,对四面六边体透水框架群守护心滩时滩体及透水框架群变形特点进行了分析,结果表明:相同流量下,并非心滩淹没程度越低,滩体冲刷破坏越严重;在框架群的下边缘和两侧透水框架易发生位移;透水框架群应用于浅滩整治工程时,框架杆件长度及总体布置方案应进行优化和论证。更多还原     

黄河宁夏四排口河段河床冲淤变形的计算

黄河宁夏平罗四排口“Ω”型河道“裁弯取直”工程的实施, 引发了该段河道河床边界条件的剧烈改变。为了掌握工程运行后该段人工开挖引河中水流运动、泥沙运移以及河床迁移演变的发育、演化规律, 项目组多次赴平罗黄 河四排口进行现场考察与实地取样、测量。根据所研究河段初始地形、流场分布情况以及初步预测的河床变形规律布设了一系列淤积测验断面, 随后多次对其展开现场实测, 得到了该段河道的河床演变规律、悬移质泥沙粒径和含沙量的分布情况与岸边丁坝影响下河道主流的演进变化规律。依据实测结果计算、分析了工程运行初期河床的平均冲淤变化程度( 1.6077 m) 和河段整体冲刷量( 356.4908万 m3) , 根据分析结果提出了进一步加固丁坝群后左岸岸坡的建议。     

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。     

灞河橡胶坝库区一维水沙非恒定流数学模型

应用圣维南方程以及非恒定泥沙连续方程建立灞河橡胶坝库区一维非恒定流数学模型。利用该数学模型推求出了灞河橡胶坝库区河底高程的变化规律。结果表明:该模型计算结果与实际资料符合良好,在泥沙计算方面具有较好的精度;该模型不仅能够模拟上、下游的流量、水位、含沙量过程线,还可以计算各时段河底高程的变化;该模型还需要在应用中不断利用实际资料进行检验和修正。     

非恒定非均匀泥沙数学模型的建立和应用

应用圣维南方程以及非恒定泥沙连续方程建立了非恒定非均匀泥沙的计算公式,并根据沙量平衡方程和河床变形方程推求出了三门峡库区河底高程的变化规律。结果表明：①计算结果与实际资料符合良好,表明此模型在非恒定输移计算方面具有较好的精度;②模型不仅能够模拟上、下游的流量、水位、沙量过程线,还可以计算各时段河底高程的变化;③模型还需要在应用中不断利用实际资料进行检验和修正。     

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。     

顺直河道采砂效应平面二维数值模拟

不规范的河道采砂对堤岸防护、通航及水工建筑物安全等均会产生较大影响.运用平面二维数学模型,概化河道采砂有关影响因素后,模拟并探讨了矩形采沙坑对河床产生的不同程度的影响.结果表明,沙坑改变了局部河道的水流结构和含沙浓度分布,在不同河段、不同方向上,沙坑对河床床面变形影响是不一样的.对沙坑变形影响的细致分析有助于进行科学采砂规划.     

三维水沙模型在永定河河势分析中的应用

为了检验永定河现状治导工程能否有效控制河势,采用CREST三维水沙数值模拟系统模拟分析河势走向、水沙浓度以及河床变形。根据永定河卢梁段河流泥沙和河床变化特征,引入合理床面悬移质平衡输沙浓度、推移质平衡输沙率以及平面分配系数,建立永定河卢梁段三维水沙模型并进行河床变形验证;模拟分析了河道流速场分布、悬沙浓度分布及河床变形规律,以及现状治导工程在控导河势方面发挥的作用,得到了河道环流、丁坝头绕流等复杂水流规律,并对游荡型河道流势、流向和顶冲点位置以及洪水主槽冲刷、边滩丁坝保护区淤积情况进行了预测。分析结果表明,河道治导工程在控制河势方面依然起到主导作用,部分丁坝坝顶受漫流冲刷破坏,局部河道需要添加少量短丁坝以巩固堤防安全。     

二维水沙和温度及浓度场数学模型与应用

 根据水流泥沙运动和水质（温度及浓度）扩散传播基本理论,建立了平面二维水流泥沙和温度及浓度场数学模型,以之研究水库、河道、河口水流及其输移物质运动规律,并采用有限体积法和有限元法来离散和求解这些模型方程组,用以模拟河道水流及其输移物质运动规律。该模型计算过程稳定,计算速度快,已在诸多工程中广泛应用,并得到原型观测成果的检验。