电站取水河段长时段的泥沙淤积特性研究

针对现有2维水沙模型在计算长时段泥沙运动方面存在的计算效率较低和精度不足的问题,采用隐式与显式结合方式建立可用于长时段计算的2维水沙模型。采用基于欧拉-拉格朗日方法(ELM)的隐式格式对水流方程进行初步求解,然后采用显式迭代修正流场与水位,最后根据流场采用TVD格式求解泥沙模块。将该模型应用于昭化电站取水河段水沙模拟并对该河段多年后的河床冲淤情况进行预测。结果表明:水流模型计算不同频率洪水下取水口的水位和流速与物理模型结果基本一致;泥沙冲淤与模型试验结果宏观上较为吻合;随着电站运行年限的增加,取水口附近河床有一定泥沙淤积主要集中在左岸与中部;昭化水电站在"拉沙"方案下运行可有效降低取水口附近的泥沙淤积高程。     

三峡水库蓄水后长江中下游典型分汊浅滩河段演变趋势预测

汊道兴衰、洲滩的演变与其水沙输移特性密切相关.以沙市典型分汊浅滩河段为例,从河段水沙输移特性出发,结合水流泥沙、河道地形等实测资料,分析其河床演变特点,并根据三峡建库后水沙条件变化的特点利用数学模型预测了该河段的汊道和洲滩发展趋势.研究表明:所建模型能够准确地模拟该河段的水沙输移特性及洲滩的演变规律,因而具有较好的预测功能,三峡水库蓄水后河段洲滩动态变化结果与实测结果较吻合,这对三峡水库蓄水运用后其它分汊浅滩河段的研究具有借鉴意义.     

长江中游监利河段崩岸数值模拟

以监利河段为例,针对弯曲河段复杂的地形和河势,基于移动坐标的计算原理,建立移动坐标下的平面二维水沙数学模型.通过在泥沙运动方程中增加横向输沙项,对该模型进行扩展,使其能较好地模拟弯道环流的横向输沙效应.借助土力学中边坡稳定性理论,对河岸崩塌变形进行数值模拟.通过对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程的复演结果分析,表明该模型不仅能够模拟该河段水流运动规律,而且能模拟河道的崩岸.     

水库下游非均匀沙恢复饱和系数特性

泥沙恢复饱和系数是泥沙数学模型中一个非常重要的参数,其取值合理与否将直接关系到利用泥沙数学模型进行河床演变及相关研究的成败.基于三峡水库蓄水后长江中游荆江河段的实测水沙资料,以本河段三峡水库蓄水前多年平均输沙水平作为泥沙输移方程中的挟沙能力,对水库下游非均匀沙恢复饱和系数进行了率定与分析,并在总结其规律的同时从多个方面...     

珠江南河道平面二维非恒定流水沙数值模拟

基于贴体正交曲线坐标系下沿水深积分的平面二维非恒定水沙数学模型对珠江南河道水沙运动和泥沙冲淤进行了数值模拟,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响,针对河口泥沙双向交换的特点,对泥沙冲淤函数φ作了改进,对挟沙力级配公式进行了调整,改进了现有模型,并利用河段实测水文资料及原型观测数据对模型进行验证,结果表明,模型计算的沿程水位、流速分布和泥沙输移以及河床冲淤演变与资料符合较好。     

三峡水库新蓄水方案对重庆河段航道的影响

运用重庆河段平面二维泥沙数学模型对三峡水库蓄水方案改变后重庆河段水流运动及泥沙冲淤进行模拟.文中给出了数学模型的计算条件、关键问题的处理方法及详细验证结果,并运用此模型计算分析了三峡水库采用新的蓄水方案后重庆河段在100年内的冲淤变化情况,结果表明:模型验证结果良好,具有较强实用性;新的蓄水方案情况下,重庆河段在三峡水库蓄水后淤积量逐年增长,泥沙淤积纵向分布主要集中宽阔的浅滩段,横向分布主要集中在汛期的回流区或边滩部位,部分浅滩河段随着三峡水库运用时间的增长出现碍航问题.     

涉水工程泥浆排放输移扩散数值模拟

以含沙水流为研究对象,采用一般曲线坐标系下平面二维水沙输移数学模型对长江武汉河段岸边高浓度泥浆排放所形成的浓度场进行了数值模拟.模型重点考虑了高浓度泥浆在输移扩散过程中与河床的交换以及泥沙级配、河床变形对水沙运动的影响,计算结果能为工程单位决策提供科学依据.     

荆江微弯分汊浅滩的水沙输移及河床演变

沙市河段为长江中游典型长顺直微弯分汊河段,河床演变复杂.对该河段水流变化规律、河床冲淤模式进行了分析,探讨了来水来沙及河床形态对河道水沙输移的影响.河床冲淤由来水量、来沙量和河床形态共同决定,但河床形态与流量过程在更大程度上影响着河床冲淤特性,放宽段河床冲刷深度与单宽流量变化率之间较好的相关性便体现了这一点.考虑来流及河床形态的决定性作用,对该河段的主流摆动特性进行了分析,认为汊道兴衰交替是河床演变的主要特性.     

側面取水中的幾個問題

本文討論了側面取水中的三个問題: 1.进入引水渠中的泥沙量; 2.分流水力学; 3.弯曲河段上取水口位置的选择。在第一个问题中,详细地分析了泥沙进入引水渠中的几个影响因素:河中流速及进渠流速比值的影响;取水角度的影响;渠寬与河寬比值的影响及取水口底坎对防止推移質入渠的作用。在第二个問題中,作者論証了確定所谓自然取水角在水利工程中没有实际的意义。在試驗研究的基础上,作者建議了确定側面取水时的流量系数的公式。对于第三个問題,从防止推移質入渠的观点建議了確定在弯曲河段上最优取水口位置的理論公式。     

葛洲坝三江下引航道通航水深分析及治理措施初步研究

对葛洲坝建坝前后宜昌站的水文泥沙资料以及宜昌河段的河床演变进行了分析。结果三江水位、地形及不稳定流等因素，对三江下引航道枯水期航深进行了分析研究，针对三江下引航道枯水期航深不足的问题，提出了初步的整治方案。     

黄金埠电厂一期工程取水河段泥沙模型试验

黄金埠电厂的补给水源为信江,取水方式为岸边开敞式无坝取水.采用动床物理模型试验,对黄金埠电厂补给水取水口局部区域的水流、泥沙运动及地形冲淤规律进行研究,在确保电厂取水能力的前提下预测了可能的冲淤程度,并在此基础上对取水泵房挡沙坎高程进行了优化.试验结果表明,拟建取水泵房进水口底坎接近枯水主槽河底,岸边贴流状况良好,且取水口前的断面基本没有冲淤变化,取水泵房的选址和设计合适;泵房取水流量不会影响河道枯水期通航;将泵房挡沙坎高程抬高0.5m能够最大限度地避免取水口淤积,有利于电厂取水口的安全、可靠运行.     

山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验

山区河流山洪过程常挟带大量泥沙,并引发河床剧烈变形,尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段的洪水淹没风险,深入研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用二维水沙动力学数值试验探究了上游来沙变化条件下宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明：当上游来沙充足时,洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷,河床在泥沙输移过程中整体上抬;而当上游没有来沙时,河床整体呈现下切趋势。究其原因,主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬,而河床淤抬导致上游水位陡涨增加水面比降,床面切应力变大,从而提高河道输沙率,而宽窄河段床面起伏则增大床面形态阻力,促使上游水位上涨;泥沙来量较少时,河床冲刷为主,水位下降、水面比降趋于变缓。     

Vectorial Bed load Equations and River Width Dynamic Adjustment Modeling

Based on the analysis of forces acting on non-cohesive sediment particle under non-equilibrium con- dition,a vectorial equation of coarse particle movement on arbitrarily riverbed and the mathematical model used to simulate river width adjust are developed,some flume experiments for the time evolution of straight river channel are done.     

挡潮闸下游河道冲淤的数值模拟

就挡潮闸下游河道水沙运动建立了一维水沙数学模型,采用Preissmann四点隐式差分格式离散非恒定水流方程,追赶法求解,并结合有限分析法思想离散求解悬移质泥沙方程.水流方程中,上游边界条件通过闸门的开度来控制.泥沙方程中,考虑床沙粒径变化并对床沙级配进行了调整.应用该模型对姚江陶家路闸闸下河道的水位、含沙量和河床变形进行了计算和验证.验证结果显示,水位与实测吻合,含沙量与实测增长趋势一致,河床断面反映了断面的基本变化,冲淤量与实测资料比较相符.表明该模型对挡潮闸闸门控制及闸下河床变形估算具有一定的指导意义.     

长江中下游典型分汊浅滩河段二维水沙数学模型

以沙市河段为例,针对微弯分汊河段复杂的地形和河势,建立了正交曲线坐标下的平面二维水沙数学模型.考虑到阻力分布的确定是模型能否准确模拟微弯分汊河段年内主流摆动频繁、冲淤幅度大、洲滩变化剧烈等特点的关键,采用“动床率定”的方法确定糙率系数等参数,使阻力分布与地形相匹配,以提高模型的计算精度.通过对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程进行复演,结果表明,该模型能准确模拟该河段水流运动规律,不仅可以用于该河段复杂的冲淤变化模拟及预测,对其他浅滩河段数值模拟亦具有借鉴意义.     

水库异重流潜入运动数值模拟及影响因素

针对水库异重流的运动特性,采用变密度流方程结合RNGk-ε紊流数学模型建立了剖面二维湍浮力流模型,并对入库水沙条件对异重流潜入的影响进行分析.结果表明,模型能较好地模拟异重流的下潜过程,反映泥沙浓度场与流场的强烈耦合.引入的进口密度弗汝德数较好地反映了入库进口水沙条件,异重流潜入的特征参数潜入点水深、异重流厚度、无量纲潜行时间参数均随着进口密度弗汝德数的增大而增加,计算结果能为水库水沙调度提供定性参考.     

西藏纳金电站游荡型河床泥沙病害研究

拉萨河纳金电站具有宽约２ｋｍ的游荡型河床,因库区泥沙淤积严重,电站发电、水库防洪安全日益受到威胁。通过流场分析及模型试验研究,优选出冲沙闸设置的最佳方案,冲水效果十分明显。将经过整治后的流场与过去的流场进行比较,发现过去造成泥沙淤积的大回流得以消除,从而取得稳定河势和冲淤平衡进而提高库区的防洪能力,为电站长期安全可靠运行提供保障。     

Coupling mechanism of mathematical models for sediment transport based on characteristic theory

This paper aims to explore the coupling mechanism between flow movement, sediment transport and riverbed evolution in currently widely used mathematical models for sediment transport. Based on characteristic theory, analytic forms of eigenvalues, eigenvectors and characteristic relationships of total-sediment transport model, bed-load transport model and suspened- load transport model were derived, respectively. The singular perturbation technology was implemented to obtain the asymptotic solutions to different families of eigenvalues. The results indicate that, interactions between motion variables were explicitly coupled in the characteristics of total-sediment transport model and bed-load transport model. Further qualitative and quantitative analysis demonstrates that high sediment transport intensity and significant riverbed change will inevitably affect the property of flow movement. In the process of deposition, sediment-laden flow will move faster when sediment transport intensity becomes stronger. In contrast, the wave of flow will propagate at slower speed as erosion intensity becomes stronger. For most existing suspended-load transport models, however, the characteristics are decoupled as the interactions between motion variables cannot be integrally illustrated in eigenvalues, eigenvectors and characteristic relationship.