二维挟沙水流数学模型与地理信息系统的集成模型

通过对二维挟沙水流数学模型系统的详细分析,提出了二维挟沙水流模型与地理信息系统（ＧＩＳ）集成的数据集成模型及功能集成模型．     

基于两相流理论的低浓度挟沙水流运动数值模拟Ⅰ—数学模型

从两相流理论出发,对水沙两相间作用力进行分析后认为:对低浓度挟沙水流,仅存在水流与泥沙之间的相互作用,且其主要反映在两相之间存在阻力、附加质量力及压力梯度力.在此基础上建立了低浓度挟沙水流的一般数学模型与简化数学模型,并以简化数学模型为基础,建立了低浓度挟沙水流平面二维数学模型.该模型考虑了泥沙相对水流时均运动的影响,且控制方程形式和已有水沙数学模型相近,因此便于工程计算.     

平面二维挟沙力公式系数的确定

水流挟沙能力反映了运动水体所能挟带泥沙的最大能力,确定水流挟沙力公式对于泥沙数学模型的发展具有重要意义,而关键是其系数的最佳确定.通常挟沙力公式在实际应用时都要用实测资料对系数进行率定,对李义天的平面二维挟沙力公式,利用最小二乘法与灰色关联度相结合对其系数进行确定.     

河道水流泥沙运动一维、二维模型嵌套及交界面连接问题

本文导得了河道水流泥沙运动一维、二维模型交界面连接的一般条件,对交界面上水流阻力、悬移质挟沙力、推移质输沙率、河床变形及床沙级配的一维、二维模型不匹配问题进行了合理处理,建立了河道水流泥沙运动一维、二维嵌套数学模型。     

平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分 ,应用破开算子原理 ,建立了平面二维非均匀沙水流泥沙数学模型 ,并使用了平面二维非均匀沙水流挟沙力公式 .着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量、河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析 ,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程 .数值实验表明 ,该方法边界符合良好 ,计算量小 ,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律     

挟沙水流浓度脉动特性研究

挟沙水流的速度脉动导致了泥沙浓度的脉动 ,文章利用MicroADV超声流速仪信号强度与泥沙浓度之间的关系 ,观测了挟沙水流浓度的脉动特征 ,对浓度脉动信号采用小波分解 ,对比分析了挟沙水流速度脉动与浓度脉动之间的关系 .结果表明 ,无论从微观结构 ,还是外在特征 ,挟沙水流速度脉动与浓度脉动之间存在着内在联系     

挟沙水流的混掺长度初探

本文将挟沙水流近壁区视为由浓度梯度造成的层结流体，与大气边界层非中性平衡条件下温度梯度造成的层结流体相比拟．引入大气边界层的混掺长度作为挟沙水流近壁区的混掺长度．进而在从总切应力平衡式导出的流速梯度基础上，推导出挟沙水流沿整个水深的混掺长度公式，水槽资料证明了该公式的正确性以及挟沙水流近壁区与大气边界层的相似性．     

明渠近壁水流紊动结构

本文采用二维激光流速仪LDA—10和超声波流速仪CDL—86型在固定、活动玻璃水槽内对清水情况三种床面形式和挟带推移质水流进行试验研究,对清水、挟沙水流的纵向脉动流速分布进行了检验、研究,得到纵向脉动流速分布在近壁区是偏态Γ—分布。然后向主流区过渡为正态分布。     

考虑泥沙分选及床沙级配调整的二维数值模拟研究

在正交曲线坐标系下建立平面2维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型。在前人研究成果的基础上,通过修正泥沙模型中非均匀沙挟沙力公式以考虑泥沙分选影响;并根据近底床沙质量守恒方程计算床沙级配调整。利用seal水槽下游细化试验资料,对模型进行了验证,结果表明,本模型能够合理模拟水槽地形及其床面泥沙分布变化,反映试验水槽沿程细化的趋势,具有研究实际河道河床变形及床沙分布变化的潜力。     

非均匀沙挟沙力的研究

非均匀沙挟沙力是河道水流泥沙运动的重要课题之一。本文采用随机数学的方法,分析了水流与床沙的相互作用及床沙与床沙质的相互交换,建立了非均匀沙挟沙力公式。并用野外实测资料对公式进行了验证。验证结果表明,公式有较好的预测性。     

高,中,低浓度挟沙水流挟沙力公式的对比分析

近期得到的高、中、低浓度挟沙水流统一挟沙力公式均以能量平衡为基础,公式都反映出紊动扩散作用与重力作用之比是决定挟沙大小的最关键因素,利用实测的１８０多组资料对这些公式进行对比、验证,并对阻力系数的确定进行分析。     

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。     

挟沙水流试验研究

通过开展挟沙水流试验,对河槽断面的纵向时均流速横向与垂向分布、瞬时流速频率分布、紊动强度垂向分布规律进行了研究,最后分析了断面宽深比对张瑞瑾公式的影响.得出如下结论:在相同横断面面积、流量情况下,随着断面宽深比的减小,准二维流动的中心区所占河宽比例减小,断面流速分布更加趋中;挟沙水流主流区流速垂向分布基本上仍然符合对数分布,随着含沙量的增大,卡门常数k有减小的趋势;中垂线上各点瞬时流速频率分布基本上符合正态分布;靠近水面处紊动强度最弱,紊动强度随相对水深的减小而增大,随后紊动强度随相对水深的减小而减小;随着断面宽深比的减小,张瑞瑾公式中的系数呈增加的趋势,流量幂指数呈减小的趋势.     

泥石流模型试验相似律分析

泥石流模型试验研究是泥石流运动特性及其工程应用的一种重要方法,由于其试验相似比尺条件研究较少,目前还没有成熟的相似律。为此,在较全面分析泥石流运动特性的基础上,结合它与挟沙水流的相似性,认为稀性泥石流可参考一般挟沙水流,而粘性泥石流应以高含沙泥浆为基础,进而提出了不同类别泥石流模型试验相似条件,其适应性有待于进上步试验分析验证。     

平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分,应用破开算子原理,建立了平面二维非均匀沙水流沙数学模型,并使用了平面二维非均匀沙流挟沙力公式,着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量,河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程,数值实验表明,该方法边界符合良好,计算量小,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律。     

河流数值模拟系统的开发与应用

开发了一套适用于河道水流、水沙与水环境模拟的河流数值模拟系统(River Simulation System,简称RSS),该系统集成了AutoCAD软件作为图形处理平台并采用VB对CAD进行二次开发,实现了和AutoCAD软件的无缝衔接,系统的图形处理能力和执行效率均较高.目前,RSS系统已集成了一、二维水流、水沙与水温的数学模型及其一、二维嵌套模型,其中平面二维数学模型可以基于三角形网格、四边形网格以及混合网格进行求解,对复杂区域的适应能力较强.     

高、中、低浓度挟沙水流挟沙力公式的对比分析

近期得到的高、中、低浓度挟沙水流统一挟沙力公式均以能量平衡为基础,公式都反映出紊动扩散作用与重力作用之比是决定挟沙力大小的最关键因素．利用实测的１８０ 多组资料对这些公式进行对比、验证,并对阻力系数的确定进行分析     

平面二维全沙数值模拟方法及其应用

采用有限体积法对正交曲线坐标系下的平面二维水沙微分方程进行了离散,建立了平面二维全沙数学模型.在一概化的单边突然扩宽河道中对河床冲淤过程中悬移质含沙量及其级配、推移质输沙率及其级配、床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,并模拟出了由河床冲刷引起的床沙粗化、抗冲层的形成过程以及河床淤积过程等泥沙特性的变化.数值计算结果表明,该模型在定性上能正确地模拟水流以及河床的冲刷、淤积过程.     

黄河下游漫滩洪水含沙量和级配变化研究

通过模型试验,研究了黄河下游夹河滩到高村断面河段漫滩洪水含沙量及颗粒级配的沿程变化规律。结果表明：（1）各种流量条件下,主槽含沙量沿程增大,但差别较大。（2）漫滩挟沙水流在滩区含沙量沿程衰减,在生产堤内及滩面衰减幅度较大,在二滩衰减幅度较小;同时,漫滩挟沙水流中的泥沙颗粒在落淤过程中有明显的分选作用。（3）二滩沿程含沙量衰减率与大河洪峰流量有关,流量越小,含沙量衰减越快。     

考虑扩散应力项的弯道平面二维水流数学模型

借鉴弯道水流流速沿垂向分布的研究成果,在二维浅水方程的基础上计入沿垂线方向变化的流速与沿水深平均流速之差引起的扩散应力项,在正交曲线坐标系下建立了平面二维水流数学模型.对Rozovskii 180°弯道的计算表明,本模型计算结果比不考虑扩散应力项的模型更如实地反映了弯道水流特性,对扩散应力项的分析表明其在二维弯道水流模拟中发挥很大的作用.