长江上游干支流交汇河段水流数学模型研究及应用

采用有限体积法,针对长江上游干支流交汇河段复杂的水流运动特点,采用贴体正交曲线坐标克服了干支流汇合处河道边界形状复杂的困难,建立了正交曲线坐标下的平面二维水流数学模型.以长江上游涪陵河段为例,进行了水面线、断面流速分布等的验证计算.验证结果与实际符合较好,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水流运动规律的模拟,对其他类似河段数值模拟亦具有借鉴意义.     

应用Godunov格式模拟复杂河网明渠水流运动

为克服传统河网数学模型无法准确模拟急流或存在水面间断的复杂明渠水流等问题,采用具有良好激波捕捉能力的Godunov格式建立了新的一维河网水动力数学模型.模型采用基于HLL格式的有限体积法离散Saint-Venant方程组,采用数值重构的方法使模型整体获得时空二阶精度.在汊点处由质量、能量守恒方程和特征线理论构造汊点方程组,求解该方程组为各河段提供内边界条件.模型计算无需特殊的河道编码,每个汊点和河段分开单独求解.通过4个经典的数值算例对模型进行了验证,结果表明模型能够自动处理流态变化,具有良好的精度和稳定性,同时具备很好的模拟复杂河网水流运动的能力,说明新研发的河网数学模型是成功的.     

三峡水库重庆河段平面二维水沙数值模拟

本文针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限体积方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟。模型中针对长江河道的实际情况,采用李义天提出的分组挟沙力级配计算方法以及床沙质范围界定方法,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段原型观测资料对模型进行了验证。结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好,此模型可以用于重庆河道的水沙变化问题研究。     

三峡水库重庆河段平面二维水沙数值模拟

针对长江重庆河段复杂的水沙运动特点和地形条件,考虑悬移质和推移质运动,采用有限体积方法建立了平面二维非恒定水沙数学模型,对重庆河段的水流运动和泥沙冲淤进行了模拟.模型中针对长江河道的实际情况,采用李义天提出的分组挟沙力级配计算方法以及床沙质范围界定方法,对现有三峡库区数学模型进行了改进,并利用重庆河段原型观测资料对模型进行了验证.结果表明,模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与资料符合较好,此模型可以用于重庆河道的水沙变化问题研究.     

双变量耦合模型在水文预报中的应用

为了解决潮汐河段的水流演算问题以及现有的河道水流演算模型只能模拟某一特定变量的问题,对双变量耦合模型进行参数概化,并选取全国范围内来源于不同水系的19个河段汛期作为洪水资料进行验证,将计算结果与马斯京根法进行比较,双变量耦合模型的确定性系数更高,模拟过程与实际水流过程的拟合程度更好,模拟精度较高.应用于实际流域后表明该方法可有效提高洪水预报精度.     

河流网泥沙输移模型中的标度规律

为了模拟河流网的泥沙输运过程,根据水流携沙力受河道冲淤的反馈自调节机制,提出了枯水期河流网泥沙输移的动力学模型.考虑枯水期水沙动力学过程类似于固定流量和含沙量条件下的稳态,用该模型模拟预测了水流携沙系数(表征携沙力)和冲淤量沿河道分布的标度规律.结果表明,携沙系数随河段的递增满足负幂律分布;平均冲淤量随河段的递增满足指数规律分布.     

河道三维错层的水流泥沙数学模型

应用垂向坐标变换,结合水平有限元、垂向有限差分的分层方法建立了河道拟三维水流泥沙数学模型．对过流断面变化剧烈的河段提出了错层计算方法,弥补了同层网格垂向落差较大的分层模型缺陷．利用水流泥沙理论解对模型计算结果进行了验证．采用该模型对海河下游河段穿河隧道施工过程中主体隧道悬浮于主流区时的水流泥沙情况进行了数值模拟,流速模拟结果与半理论半经验公式估算结果基本一致,为明渠流和河道中悬浮建筑物下压力流的混合计算提供了一种新的计算方法,拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用空间．     

长江澄通河段二维水动力数值模拟研究

长江澄通河段是《长江中下游干流河道治理规划报告》确定的14个重点治理河段之一,研究该河段水动力情况对该河段河流治理、规划提供技术支持,促进地区经济的可持续发展具有重要意义．基于水动力软件Delft3D,建立了长江澄通河段水动力模型,针对该河段的水流流场进行了数值模拟,并利用2010年澄通河段实测资料进行验证．利用模型流场模拟结果,发现该河段的涨潮流主槽和落潮流主槽．通过涨潮流主槽和落潮流主槽,预测该河段沙岛和暗沙区域位置及区域．结果表明,数值模拟计算结果与卖测结果基本吻合．能够辅好帅．反映该河船真宴谛扬惜况．     

二维浅水数值模拟的有限差分MADI法

在贴体平面二维正交曲线网格基础上,采用对交替方向隐式ADI法变量位置分布进行了改进的MADI法对二维水深平均的浅水方程进行差分离散求解,并将这一算法应用于长江南通河段的水流模拟.数值模拟计算结果和实测资料比较结果表明,该算法能较好地模拟复杂条件下天然河道涨潮、落潮水流归槽和流速分布过程.     

非结构型浅水方程数值模式的建立及应用

用非结构三角形同位网格剖分计算区域、布置计算变量,用有限体积法离散方程,并采用推进线边界法处理动边界问题,从而建立了一种新的浅水方程数值模式.京唐港和三沙湾海域潮流的率定、验证结果表明,该模式不仅物理意义明确,数值方法简单,全域内满足水流质量和动量的守恒性,而且能更好地模拟海湾、河口复杂地形下的水流运动,反映水流漫滩和露滩等过程.     

长江的生态流量问题

根据长江流域自然条件及水资源利用的特点,对长江水系生态流量的定义、确定原则和方法进行了讨论,并以金沙江虎跳峡、雅砻江锦屏、岷江上游和长江口等为例,说明长江生态流量确定的方法和存在的问题.根据研究表明,对于地处湿润地区的长江水系生态流量确定,应从全流域综合考虑,在没有充分论证前,宜从宽设定.     

长江中下游的河床纵剖面演变分析及预测

为预测长江中下游河床纵剖面的演变趋势,利用最小能耗率理论计算了该江段的平衡河床纵剖面,研究了这些河段河床演变规律及其未来的变化。分析了长江水库拦沙、河道采砂、近期水沙变化、未来引水及需水量增长等因素。结果表明,长江中下游河床纵剖面还未达到动态平衡,大部分江段以淤积为主。在没有人类活动影响下,达到动态平衡还需要很长一段时间。由于引水和需水量的增长,未来长江中下游达到动态平衡需要淤积更多的泥沙。     

长江中游宜昌至武汉段底栖动物群落结构特征研究

为了解长江中游宜昌至武汉段底栖动物的群落结构特征以及主要影响因素,分别于2014年春季(4月)和秋季(10月)在该江段布设4个断面(共29个采样点)和5个断面(共40个采样点),进行底栖动物群落监测。春季采集到底栖动物34种,秋季采集到32种,均是节肢动物丰度最高,分别为56%和35%。春季物种丰度、密度和生物量均大于秋季,且春、秋季生物量自上而下逐渐减小。功能摄食类群研究结果表明,该江段底栖动物以牧食者占绝对优势,春、秋季牧食者个体数占总个体数的比例分别为40.25%和59.3%。生物耐污能力统计结果表明,该江段以中等敏感类群和耐污类群为主,武汉断面在两个季节中均以耐污类群为主。5种功能摄食类群以及三大门类生物现存量与7个环境因子的相关性分析结果表明,春、秋季生物受环境因子的影响差异较大,总磷、总氮和粒径是影响春季底栖动物群落结构特征的主要环境因子,而秋季底栖动物主要受p H、溶解氧和透明度的影响。该研究从多个方面较全面地分析长江中游江段底栖动物群落特征,为开展长江大河深层次研究提供基础性资料。     

长江中游湿地生态恢复研究

长江中游是我国较有代表性和典型意义的湿地分布区，进行湿地生态恢复具有重要意义．由于受人为因素和自然因素综合影响，长江中游湿地生态呈现恶化趋势，江湖关系发生巨大变化，影响了湿地生态系统正常演化和湿地功能的发挥．必须大力加强湿地生态恢复研究，采取积极的生态恢复措施，据此，提出了长江中游湿地恢复的基本目标和要解决的关键问题．     

长江中游水位下降引起的浅滩出露及其对产粘性卵鱼类繁衍的潜在影响探讨——以2020年春季为例

2020年春季长江中游干流出现了低水位的异常现象,通过收集长江中上游的降雨量与三峡水库的水文信息,分析2020年春季长江中游水位下降的过程和原因;同时,利用卫星遥感技术,分析长江水位下降导致的城陵矶河段、鄱阳湖和洞庭湖的浅滩大面积出露情况;最后探讨了这些变化可能对产粘性卵鱼类繁衍的潜在影响.结果表明:1)2020年春季...     

长江中游洪灾的历史地理考察

从历史地理角度考察，长江中游洪灾是其他形水系缺陷，流域环境恶化，堤防修筑草率共同作用的结果，与历史时期相比，现代大型水库一定程度上弥补了其地形水系的缺陷，但与此同时，流域生态环境进一步恶化，堤防抗洪能力依然薄弱，人类环境管理失败所致的流域生态环境恶化依然是长江中游洪灾的根本原因，实施流域综合治理战略是减轻长江中游洪灾的必然选择。     

采砂深度对分汊河道影响分析

以长江天兴洲河段为例,应用一般曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型进行研究,并采用实测水沙数据进行率定与验证,模拟了不同流量级下采砂深度不同分流比、水位和流速变化规律,并进一步选取2004年作为典型水沙年,对采砂后河段冲淤变化及采砂区内泥沙回淤率进行预测.模型成果可为本河段采砂的可行性和采砂规模控制提供科学依据.     

基于数学模型的长江潮流界变化特性研究

长江下游河段受径流、潮流综合作用,水动力因素复杂。文章基于数值模型,结合径、潮流动力比的概念对长江潮流界的主要特性作了分析,研究了在不同径流、潮流条件下潮流界的变动特点,并根据江阴河段的模型计算结果分析了地形对径潮流动力分配的影响。结果表明径流对长江潮流界变化的影响范围比潮汐更大,且由于地形的差异,径潮比在同一断面中的浅滩部分小于深槽部分,即浅滩部分潮流动力相对更强。     

长江上游干支流水库防洪调度探讨

根据长江洪水特征和长江中下游防洪要求,对长江上游干、支流水库群如何配合三峡水库解决长江中下游防洪问题进行了探讨,提出了“蓄泄兼施,先泄后蓄,能泄则泄,该蓄则蓄”的水库群调度原则．主要是充分利用河道的宣泄能力,减少干支流水库群拦蓄腰、基流水量,使防洪库容在关键的洪峰流量出现过程中,发挥拦洪削峰作用,提高防洪库容有效系数,为长江中下游防洪发挥更大作用．