基于MIKE模型的珠江三角洲洪潮数值模拟分析

珠江三角洲口水系纵横,水动力条件复杂多变,造成对河口地区进行数值模拟存在一定困难。尝试利用MIKE建立水动力模型对该地区洪潮进行数值模拟;对于河道的数值模拟,采用“半耦合”技术,一维出口边界固定为水位边界,一维计算结果为二维提供流量边界条件;二维进口固定为流量边界,二维计算结果为一维提供水位边界条件。结果表明：主要站点计算潮位特征值与实测潮位相比,误差均小于0.10 m,计算潮位过程与实测潮位过程吻合,相位误差基本小于0.5 h;最大流速出现时间偏差小于0.5 h,流速过程线的形态基本一致;主要站点断面计算最大涨落潮流量与实测最大涨落潮流量误差一般小于10%,河网区各水道糙率值基本为上游河道大于下游河道,符合河道糙率沿程变化的自然规律。说明基于MIKE水动力模型在进行珠江三角洲数值模拟是可行的,对于相关生产项目的开展具有一定的参考价值。     

基于某四节制闸的一维水流模型及验证分析

为研究水利工程中闸下河段水位变化规律,以苏北某四节制闸为研究对象,采用一维数学模型三级联合解法,将该区域各单一河道划分若干计算断面,并于断面上对Saint-Venant方程组进行有限差分运算。通过求解各断面水位及流量为自变量的差分方程组和根据节点连接条件辅以边界条件形成的各节点水位方程,得到各单一河道各断面水位及流量,并进行水位、水流及冲砂验证。验证成果表明,该模型能较好地反映下游水流冲刷情况,对类似工程项目具有参考意义。     

潮汐河段糙率n的计算分析

针对平原河道糙率计算方法,探讨受潮汐影响的宽浅河段糙率计算。以长江河口段为例,分析潮周期内流量变化过程以及流速沿水深分布特征,选取落潮稳定时段,利用流速垂线分布特征及Einsten断面综合糙率计算方法计算河道糙率。利用明渠非恒定流圣维南方程,推算涨落潮历时过程中计算河段逐时河道糙率n,分析非恒定流量变化d Q/dt对糙率影响,反映了潮汐河段河道糙率变化特征,分析其落潮过程中,随水位降落洲滩水深植被等影响下河道糙率的变化情况,采用落潮稳定期天然实测资料,进行代表性断面测点垂线流速分布特征,综合糙率计算法和河道水力计算推求糙率法,分析确定河道糙率。     

河道糙率和桥墩壅水对宽浅河道行洪能力影响的研究

为研究宽浅型河道糙率和桥墩壅水对行洪能力的影响,本研究采用了物理模型试验、数值模拟和经验公式方法分别模拟其水力特性并进行比较分析。通过物理模型试验给出了河道糙率的模拟方法,分别采用4种材料模拟河道护坡:无植被、稀疏植被、稀疏植被中间种植灌木和密集植被。其中,糙率最大的密集植被和糙率最小的无植被护坡条件下各断面水位差均值为0.03 m。结果表明:对于宽浅河道,护坡糙率较大范围的变化对河道行洪能力影响不显著。复杂边界条件和水力条件下桥墩壅水模拟结果表明:二维数学模型比经验公式和一维数学模型能较真实地反映河道边界条件、桥梁长度、桥墩形状对桥墩壅水高度的影响,模拟结果同物理模型试验值较为接近。本研究为宽浅河道安全行洪中糙率评估和桥墩壅水计算提供可靠的参数和依据。     

基于模拟-优化的河道水流模型参数动态反演研究

为了探讨河道水流模拟糙率参数反问题求解的新方法,引入改进狼群算法,采用该算法对4个非线性测试函数进行仿真计算,结果表明,此算法在搜索效率和求解精度方面均优于基本狼群算法和混合加速遗传算法。在此基础上,从对水流运动非线性系统实现控制的角度出发,在时段尺度上将改进狼群算法与河道水流模拟进行耦合,给出了反演算法设计及求解步骤,实现了河道水流计算与糙率反演识别的动态联解。长江清溪场至万县段洪水演进计算表明,糙率变化符合长江涨落水期随水位变化的客观规律,反演计算与实测水位拟合精度较已有研究得到进一步提升,验证了改进狼群算法反演糙率参数的可行性和有效性。     

北方河流冰期水流阻力分析

本文通过由流速分布推求冰期河道冰盖糙率系数,提出了由流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法,同时考虑冰盖影响区与河床的流速分布,确定最大流速位置,阐述了冰盖对水流的阻力是研究河道冰情演变及其运动规律的依据.并对河道冰期形成冰盖,其阻力使河道水位升高、过流能力降低、水位流量关系改变.流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法进行了分析.为北方地区基层测站的冰期测验工作提供参考.     

吉林市城区松花江河道一维数值模拟

考虑到吉林市城区松花江段来水条件复杂、大小支流汇入、桥梁等阻水建筑物多、险工段溃口淹没风险大等特点,本文利用MIKE11模型建立了松花江城区段丰满坝下至牤牛河河口范围内的河道一维数值模型,采用1995年汛期吉林水文站实测水位、流量资料,对模拟河段内的河道糙率进行了率定,并利用2010年汛期吉林水文站实测水位、流量资料对率定的糙率进行了验证。     

河道型水库洪水演进研究进展及存在的问题

河道型水库调度需要综合考虑入库洪水、人工调控和库区河道地形等因素对洪水演进传播过程的影响。通过分析总结河道型水库洪水波特征和动库容特性方面的研究成果,明确了河道型水库需要采用水文水动力模型耦合方法进行动库容调洪,但需要关注人工调控对坝址水位流量关系的干扰。随后分析总结了水库河道糙率特性方面的研究,指出水库洪水演进计算需要考虑水流流动型态对糙率的影响。进一步总结了近坝区水流特性的现有成果,指出近坝区水流三维流动特征显著,把坝前区域断面作为边界条件,计算时可能会引起系统性误差,明确了今后应该深入开展人工调控对近坝区断面过流能力的影响和糙率率定方面的研究,以提高洪水演进模型精度。     

无水文资料中小河流的设计洪水水位计算方法

通过外业测量得到河床比降及大断面数据,洪水期水面比降参照河床比降资料及区域水文站资料,糙率参照区域水文站的糙率资料,根据曼宁公式绘制水位流量关系曲线,通过合适的计算方法确定设计洪水的流量,查水位流量关系曲线确定设计洪水水位.     

黄河河口段河道糙率计算方法

为了克服固定糙率法低估小流量水位的缺点,基于黄河口利津站糙率—流速实测资料,回归分析得出了糙率(曼宁系数)计算公式及河道参数a的计算式。通过一维数学模型模拟发现,在枯水期、非枯水期参数a值分别采用枯水期参数a的平均值、全年平均值时,得出的动态糙率可较好地模拟小流量和大流量水位。参数a与主槽内嫩滩附近地形有较密切的对应关系,可采用在嫩滩上、下附近取特征水位,进而计算其对应的水力半径、比降的方法来估算非枯水期、枯水期的参数a值。利津—口门床面形态在较大流量时多为动平整,对应的糙率较小,在糙率变化区间的下界0.01附近变化;流量较小时床面形态多为沙垄,对应的糙率较大,糙率在接近其上界0.035附近变化。在黄河口河道,影响糙率的主要因素是流速和河道水力半径,床沙粒径对糙率影响较小。     

河道截流戗堤下游回流长度研究

基于沿水深方向积分的平面二维水流动量方程,在采用合理的假定条件下,推导出含渗漏因素的戗堤下游回流区长度计算公式。研究结果表明,戗堤下游回流区长度不仅与坝长、水深、糙率、河宽缩窄比等因素有关,而且与戗堤自身的渗流量有关,回流区长度与渗漏量成反比。     

窟野河大柳塔1号公路桥过洪能力及改建措施

在窟野河流域自然状况查勘及洪水调查的基础上,分析了大柳塔河段1号公路桥位断面及糙率变化情况,采用河道天然水面线推算、河道非恒定流洪水演算、曼宁公式无桥水力半径推算、河段比降法上移王道恒塔站水位流量点据等4种方法推算了桥位断面天然水位流量关系,并通过桥梁壅水计算确定了桥位断面壅水水位流量关系,核定了桥梁现状实际过洪能力及提高泄洪能力的可能措施。结果表明:①分别以桥梁主跨拱顶底面和腹拱拱顶底面为控制梁底,2008年5月桥位断面现状过洪能力分别为8 910、9 780 m3/s,重现期分别为43、57 a,达不到100 a一遇的设计标准;②现状断面基础上的河道清淤难以有效增大桥梁过洪能力,而拆除腹拱改建、扩孔改建、综合改建等3种改建方案中,扩孔、拆除腹拱并抬升梁底0.45 m的方案,改建后的过洪能力为11 400 m3/s,重现期为100 a。     

地下水补给对河流污染物浓度衰减过程的影响

在许多河流的上游或者在河流的枯水季节,地下水的补给作用对河流水质有着重要影响.用以忽略弥散的一维水质模型为基础的、考虑地下水补给影响的新的水质模型解析解,讨论其在地下水与河流之间无水量交换和河段起始段面上游没有来水两个特定条件下的数理意义和论证该解析解的正确性.通过对比新解析解和不考虑地下水补给的经典解,讨论点源与线源之间的内在联系和本质区别,论证新解析解不是经典解的简单迭加.利用新解析解,定量研究了地下水补给强度对河流污染物浓度沿河衰减过程的影响规律.以安徽省境内颍河为例,利用实测数据研究地下水补给对河流污染物浓度的影响程度;研究表明,在枯水季节,忽略地下水补给的作用,将导致水质模型计算误差的理论值达到9.3%.     

边坡植被对河道行洪影响研究

为研究边坡植被对河道行洪的影响，开展室内物理模型试验，测试典型流量下边坡无植被、稀疏植被、稀疏 植被+乔灌木和密集植被 4 种情形对应的水面线，并根据原模型相似率反演试验工况对应的原型参数和水位差。 结合经典的综合糙率计算公式进行数理分析，构建边坡由无植被改为栽种植被引起综合糙率增加的计算公式，提 出分析边坡植被影响河道行洪的实用方法。结果表明：综合糙率增加值与栽种植被区域湿周占总湿周的比值、栽 种植被区域糙率值 2 个因素有关，随栽种植被糙率值的增加而增加，随河道宽深比的增加而减小；当河道宽深比 大于 60 时，边坡栽种植被引起的综合糙率增加不超过 10%；当河道宽深比大于 100 时，边坡裁种植被引起的综合 糙率增加不超过 7%。上述研究成果为边坡栽种植被河道的行洪设计与运行管理提供一定的参考。     

复式断面漫滩水流滩槽分流比研究

在已有研究的基础上,定量分析了津槽分流与水深比、糙率比、河宽比的相互关系,并根据分析结果,综合考虑影响滩槽流量的主要因素和滩槽间的交互作用,构造了概化断面的潍槽流量比的计算结构式.最后采用滩、槽分流比的实测资料对该式进行验证.结果表明,该公式计算的滩槽分流比与实测值较为接近,可供相关工作者参考.     

山区天然河道糙率模型试验研究

在进行天然河道治理时,河道糙率是影响水面线推求的一个重要参数。利用河工模型试验的方法,在阻力相似准则下,对天然河道糙率进行率定,以使所推求的水面线合理可靠。     

基于生态水深-流速法的河段生态需水量计算方法

在界定了生态流速和生态水深概念的基础上，提出了一种同时考虑河道本身参数(湿 周、糙率、水力坡度)和维持某一生态功能所需河流流量的水力学方法，避免了湿周法不能反映复式断面真实水位流量关系的缺点，并用于验证黄河上游小川河段生态需水量，同时用Tennant法作了对比。结果表明：用生态水深-流速法得到的小川河段生态流量优于Tennant法所计算的生态需水量，由于该方法考虑了生态流速和生态水深，故所得的结果符合实际情况。     

京南水电站回水计算中的糙率分析

河段糙率是计算水库、水电站回水和确定淹没搬迁线的重要参数。本文以京南水库为例 ,通过分析河段糙率特性 ,建立各河段的水位～糙率关系应用于回水计算 ,为类似的水利计算和河道水面线分析提供参考     

山区河流造床流量计算探讨

造床流量是反映多年流量过程下多种造床综合作用的某一种流量,目前对造床流量(特别是山区)的理论研究还不够完善。以黑水河下游为例,分别用马卡维也夫法、平滩流量法、洪峰频率法探讨了山区河流的造床流量计算,并根据造床流量求得的稳定河宽与实际河宽归一化的结果来验证选择最优方法。结果表明:马卡维也夫法最优,其σQ~mJP～Q曲线中峰值1对应的流量可作为造床流量,对于山区可用多年平均流量来代替造床流量。研究结果可为山区桥梁工程设计和河流研究提供借鉴。     

黄河山东段河床糙率分析

在洪水演算、河道冲淤计算中糙率起重要作用。本文利用历年实测资料，对黄河山东段主要断面的滩、槽及全断面糙率值进行了对比，分析了不同类型河段糙率特性以及糙率与有关水沙因素之间的关系。