引江济太工程新沟河河湖水系水沙数学模型试验研究

作为引江济太工程的一部分,新沟河整治工程在2014年开始实施。基于2013～2014年的太湖水系湖网水文站实测资料,通过河湖耦合的一维水沙数学模型计算新沟河整治工程前后水位和水流泥沙冲淤变化,进行新沟河河网水沙动力分析;通过二维水沙数学模型计算新沟河工程前后的水位、流场及河道的冲淤变化,进行工程整治效果预测分析并提出优化建议。实施新沟河整治工程后,新沟河水系河网的主要功能是排涝,应急情况下也能通过新沟河向太湖调水以改善水质。     

三峡建库后土脑子河段航道整治方案数值模拟的初步研究

本文在已建河床水流泥沙数学模型的基础上^[1]，针对土脑子河段的河道特性，修改并建立了能够反映该河段水抄运动特性的平面二维水流泥抄数学模型。用土脑子河段1995年河床冲淤及水位、流速等方面的实测资料对所建模型进行了验证，结果表明计算值与实测值吻合良好。在此基础上．进行了三峡建库后，土脑子河段135m蓄水期及156m蓄水期整治前后的二维水抄运动及河床冲淤计算。     

二维泥沙数学模型在赣江大堤南昌段改线中的应用

采用平面二维水流泥沙数学模型计算了赣江大堤南昌段堤线改线对河段水流运动及河床冲淤的影响。在运用实测资料对该数学模型进行河段水面线，断面流速分布，汊道分流比和河床冲淤分布验证的基础上，计算了堤线改线工程前，后河段洪水水位壅高，断面流速分布变化，取土料场回淤等。     

二维潮流及泥沙数学模型

本文利用控制体积法对沿水溶平均的二维水流及泥沙微分方程进行了离散，建立了二维潮流泥沙数学模型，并利用连云港附近的潮流及含沙量资料对模型进行了验证计算，验证结果表明，无论是水位、流速、流向，还是含沙量都与实测资料符合良好，由此可以看出，本模型不仅能应用于潮流泥沙计算，而且可以推广到各种平面不恒定流的泥沙冲淤计算中。     

基于有限体积法及FDS格式的感潮河段二维泥沙冲淤模型

本文以木兰溪下游裁弯河段为例，建立了有限体积法的水平二维非恒定流均匀沙不平衡输移计算模型。采用黎曼近似解通量差分裂(FDS)格式计算通过各单元边的水流、含沙量法向数值通量，并应用相关的悬移质、推移质河床变形计算公式计算冲淤变化。数值模型经相应的河工模型试验资料率定、检验后，预测了裁弯工程建成后河道可能的冲淤变化，为工程设计和施工提供依据。     

水洞沟水库二维水流运动数值模拟

为了预测未来几年水洞沟水库的冲淤情况,在考察库区水流运动规律的基础上,建立平面二维水流运动数学模型,采用非结构网格的有限体积法,利用实测流场数据验证了所建数学模型的正确性。采用该模型对不同工况下水洞沟水库的平面二维水流运动进行数值模拟。结果表明:当进水量与取水量相同且不变时,随着水位的下降,库区流速增大;进水直接流向取水口,然后逐渐向右岸偏移,再向左岸偏移,最后转变为贴着左岸流向取水口;取水口左侧回流区逐渐变小,右侧回流区受进水影响逐渐增大。当进水量大于取水量且不变时,随着水位的下降,库区流速增大,进水主流先向尾坝流动,逐渐偏移为向右岸流动,取水口附近流场受进水影响逐渐增大。通过对不同工况的水流运动数值模拟,得到库区水流运动基本规律,结合进水口、取水口泥沙含量实测数据对库区冲淤情况进行分析,并提出了一些水库运行管理的建议。     

三峡工程对四大家鱼典型产卵场环境影响分析

以四大家鱼产卵场所—宜昌江段为例,采用河道平面二维水流泥沙数学模型计算分析了三峡工程运行对宜昌江段河床冲淤和水流特性(包括水位及流速流态)等水沙环境变化的影响。研究表明,三峡工程运行初期,宜昌江段水位、流速、河床边界等水沙环境变化不大,对四大家鱼的繁育影响较小;三峡工程运行2~3 a后,下游河床冲淤基本达到平衡。     

大柳树一沙坡头河段泥沙运移二维数值模拟

黄河大柳树一沙坡头河段位于宁夏境内,是由5个弯道组成的连续弯道,具有较为复杂的地形特征.利用所建立的修正的平面二维RNG k-ε紊流泥沙数学模型,对该河段水流运动及泥沙运移进行了平面二维数值模拟研究.采用全沙模型,考虑不同粒径组悬移质和推移质运移对河床演变的影响.通过数值模拟结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够模拟具有连续弯道的天然河流水流运动及泥沙运移过程;建立了一种关于泥沙数学模型中水流模块和泥沙模块的半耦合式算法,其计算量比耦合式算法较小,但计算精度比分离式算法较高.     

潮汐河口推移质输沙数学模型

本文建立了河口推移质输沙数学模型,模型以二维圣维南方程和河床变形方程为基础,采用ADI法差分格式和动边界技术求解平面流场,引进推移质输沙模式,进行非恒定流条件下的河床冲淤计算,以鸭绿江河口丹东港及其附近航道为例,进行了80个潮周期的冲淤过程计算,结果与实际测量值接近.     

长江三峡枢纽回水变动区河床演变的几个问题

长江三峡枢纽回水变动区有200余公里长,各个河段的水流及泥沙运动具有不同的性质,这些性质除与河段的位置有关外,还和河道中水流及泥沙的冲淤变化有关,本文从泥沙冲淤的特性上把回水变动区划分为和淤积平衡前阶段、冲淤平衡阶段及永久性淤积阶段相对应的区段,并指明各区段水位壅高的数值.这样的划分能较合理地反映出回水变动区中各河段的冲淤特征.此外,文中还讨论了回水变动区的卵石推移质运动的情况及河型变化的过程,并指出其对航运的影响.从而得出在选择三峡坝址的特征水位时,将重庆港区安排在回水变动区的上段是比较适宜的.     

龙川江防洪工程建设对河床演变的影响

应用一维恒定非均匀沙河床演变数学模型，分析了堤防工程建设及青山咀水库建成后，下游龙川江楚雄城区10．4km河段的演变规律，揭示了河床冲淤变化对防洪的影响。冲淤计算结果表明，堤防工程建设后，河床发生微量淤积，但使洪水位抬高有限，对河道过流能力影响不大。青山嘴建库后，下游河床将发生冲刷下切及床沙粗化，但年际间的变化不至于危及堤防安全。为青山嘴建库提供了一定的评价依据。     

荆江沙质河床减缓冲刷的节点整治措施研究

受气候变化和上游建库等人类活动影响,荆江河段来沙减少,河床发生显著冲刷,引起枯水位下降和荆江三口分流减少。为缓解河床冲刷带来的不利影响,首先分析确定了荆江沙质河床的可控河段,然后提出了护底带与局部潜坝相结合的节点整治措施。数学模型计算表明,整治工程实施20 a后,荆江沙质河段总冲刷量可减少15%左右,枯水位下降值可减小0.2~0.8 m,而洪水位壅高值在0.1 m内。综合分析认为,整治工程对于减缓河床冲刷与枯水位下降具有一定效果,同时对河势稳定、防洪等影响不大。     

黄河下游丁坝缩窄河道泥沙冲淤特性试验研究

通过动床模型试验研究了黄河下游裴峪至官庄峪丁坝缩窄河段,在河道不同位置布设丁坝,不同情况下丁坝相对长度(丁坝长度与原河道宽度之比值)对河道泥沙冲淤变化的影响。结果表明：水沙运动要素变化受丁坝布设位置和长度等影响较大,随着丁坝相对长度的增加,汛期主河槽冲刷量和滩地淤积量逐渐增大,主槽范围相应扩大,其高程普遍呈下降趋势,特别是缩窄断面导流堤顶端部位出现明显的局部冲刷坑,束水冲沙、增大输沙能力的效果明显。当丁坝相对长度大于0.50时,主流线偏移、断面流速分布和河床冲淤的变化速率明显增大,不利于河道稳定。     

Application of 2-D sediment model to fluctuating backwater area of Yangtze River

Based on the characteristics of backflow,a two-dimensional mathematical model of sediment movement was established.The complexity of the watercourse boundary at the confluence of the main stream and the tributary was dealt with using a boundary-fitting orthogonal coordinate system.The basic equation of the two-dimensional total sediment load model,the numerical calculation format,and key problems associated with using the orthogonal curvilinear coordinate system were discussed.Water and sediment flow in the Chongqing reach of the Yangtze River were simulated.The calculated water level,flow velocity distribution,amount of silting and scouring,and alluvial distribution are found to be in agreement with the measured data,which indicates that the numerical model and calculation method are reasonable.The model can be used for calculation of flow in a relatively complicated river network.     

冲积河流堤线改线影响数学模型计算

为适应沿江城市发展，对冲积平原河流的河漫滩地进行了堤线改线。采用平面二维水流泥沙数学型进行堤线改线影响计算，模型考虑了悬移质及推移质泥沙运动，桥渡及料场的阻力变化，应用模型计算了赣江南昌河段喻家湾堤线改线工程前后的洪水水位壅高，断面流速分布变化，取土料场回淤情况，并对改线工程进行了评价。     

黄河小北干流和渭河揭河底冲刷现象分析

黄河1964～1977年六次揭河底冲刷洪水来源,除1970年8月一次洪水来源为府谷吴堡区间的孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河粗沙区暴雨洪水外,其它五次均为吴堡龙门区间的暴雨洪水。渭河1964～1992年七次揭河底冲刷洪水均为泾河的高含沙量洪水,主要来自马连河、蒲河和红河。黄河、渭河的揭河底冲刷的共同点是高含沙量大洪水,长河段的自上而下的沿程主河槽冲刷。黄河小北干流主河槽宽浅,单宽输沙率小,冲刷河段短,均未超过潼关;渭河主河槽窄,单宽输沙率大,冲刷河段长,1966年、1977年均发展到潼关和与溯源冲刷交会,导致潼关1000m3/s水位降低1.0～2.3m。     

荆江河段崩岸机理及多尺度模拟方法

三峡工程运用后,进入荆江河段的水沙条件大幅度改变,导致近期崩岸频繁发生,影响局部河段的河势稳定及河道防洪安全。荆江段河岸组成一般为上层黏性土、下层沙土的二元结构,在近岸水流冲刷及河道水位涨落过程中受多种因素作用而发生崩塌。以往崩岸模拟考虑因素少,且相关参数难以量化确定。将河流动力学与土力学结合,提出了荆江段河岸土体物理特性与抗剪、抗冲及抗拉强度三大力学特性的量化指标,建立了上、下荆江二元结构河岸稳定性的计算方法,揭示了坡脚冲刷、潜水位变化等因素对岸坡稳定性的影响;提出了河岸崩退过程的多尺度模拟方法,将崩岸力学模型与水沙数学模型耦合,不仅能模拟河道内水沙输移及床面冲淤过程,而且还能模拟不同二元结构河岸的崩退过程。将建立的模型应用于荆江河段典型断面、长河段及局部河段的崩岸过程模拟,计算结果与实测值总体符合较好。提出的多尺度模拟方法为荆江崩岸预测提供了理论与技术基础。     

当前黄河干流治理的策略

根据多年来黄河治理开发的实践及社会关注的重大问题,提出了当前黄河干流治理的策略和建议:尽早兴建桃花峪、古贤等梯级枢纽工程,为更好地开展黄河调水调沙创造条件;建设蓄能蓄电设施,使无法充分利用的低谷电能,通过储存转换实现更新和持续利用;对干流主要梯级枢纽下游河槽冲淤地形,采取合理有效的调水调沙措施进行治理,并通过数模仿真计算,生成各种风险图,获知今后各时段和各河段水流流态、流速、河床淤积、主槽变迁等情况,从而对黄河治理方案进行论证和优化。黄河干流梯级枢纽工程的校核洪峰较大,对小浪底等重大工程下游河道中的堤坝、冲淤沟槽变迁和安全尤应关注。     

长江中下游洪水位与河床冲淤关系初探

针对长江中下游近50年来部分水文断面如螺山、城陵矶洪水位抬升明显、高洪水位持续时间加长的问题,统计了大量水位、流量、水流含沙量以及河床地形等实测资料,并进行分析计算.结果表明,长江中下游洪水位变化与河段河床演变及河道形态变化密切相关,江湖淤积及河道形态变化是造成洪水位抬高及高洪水位持续时间加长的主要原因.     

水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究进展

在水利枢纽尤其是水库的拦蓄与调节作用下,下游河道的来水来沙条件显著变化,将导致下游河道不平衡输沙,引起河床冲刷与再造。水利枢纽下游河道的河床冲刷与再造过程,兼具床沙冲刷—粗化—交换—悬移质恢复等多过程耦合的微观水沙运动特性,以及泥沙冲淤—床面形态变化—纵比降改变—河型河势调整等多尺度复杂响应的宏观形态变化。国内外相关研究主要通过实测资料分析、理论研究、实体模型试验和数值模拟等手段,从微观机理和宏观规律2个主要方面开展。归纳和总结了国内外水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究成果,对河床冲刷与再造实体模型试验和数值模拟中的模型沙选择、泥沙恢复饱和系数等关键技术问题的研究进展进行了分析,并指出了需要进一步研究的重点和亟待解决的科技难题。