葛洲坝水利枢纽工程对宜昌河段水文水力特性的影响

根据葛洲坝水库蓄水前后宜昌水文站水文实测资料,分析了葛洲坝水利枢纽工程对宜昌河段水位-流量关系、断面形状和水位变化规律的影响.结果表明,葛洲坝水库蓄水后,宜昌河段水文水力特征变化符合惯性区理论,洪水波运动形式发生变化,坝前水流流速降低,水流挟沙能力和推移力下降,水库淤积现象加重,下泄水流中的含沙量下降,宜昌河段推移质输入减少,下泄水流对河道的冲刷能力增强,原有的冲淤平衡被打破,河床质变粗,断面形状不断变化,宜昌河段河床下切、水流能量增大、流速增大,同流量情况下的水位较天然河道有所下降.     

来沙条件对河床结构及推移质运动的影响过程

为了研究来沙条件对河床结构及推移质输沙率的影响过程,认识山区河流的推移质运动规律,选择在云南蒋家沟泥石流堆积体上进行野外试验。试验选择在非汛期进行,在试验河道采用人工加沙模拟上游来沙,对不同加沙率时的推移质输沙率及河床结构强度的变化过程进行连续监测。试验结果表明:上游来沙(或推移质运动)会使河床结构强度Sp降低,对河床结构造成危害,导致推移质输沙率的迅速增加;而推移质连续来沙必须先改变河道的河床结构强度才能增加推移质输沙率。在水流能量和河床结构强度相同的条件下,不同河流的推移质输沙运动相似。     

正交曲线坐标系准三维全沙数学模型

为了定量地预测规划河道特别是规划河堰附近的河床冲淤情况,做好拦河堰与河道的规划工作,建立了一个能考虑各泥沙粒径组的级配、流线曲率与流路曲率的差异以及能同时对推移质与悬移质泥沙进行计算的正交曲线坐标系准三维全沙数学模型.用正规划重建倒伏式拦河堰的某河的现有河道实测资料对该模型进行了验证.验证结果表明,冲淤计算结果与实测结果基本一致.以该河规划重建的倒伏式拦河堰为讨论对象,取其上下游一定的规划河道区间为计算河段,对设计洪水时的冲淤情况进行了模拟预测.预测结果表明:该模型的水位计算结果与一维非均匀流模型的计算结果基本一致并更符合河道的地形特征,河道冲淤趋势符合河道及水流的特征;规划堰上下游附近的河床冲刷量最大为3.0 m,整个计算河段的冲淤量也在-3.0~3.0 m范围内.可见,规划河道具有较好的稳定性,规划堰的选址是比较合适的.     

平面二维非恒定非均匀泥沙数学模型

基于贴体坐标转换原理,建立了贴体坐标下的河道平面二维非恒定非均匀泥沙数学模型,然后应用ADI法对控制方程进行离散求解.在求解过程中,运用最小能耗率原理来确定河道在冲淤过程中的河宽变化及河岸摆动幅度,弥补了大多数泥沙数学模型只能计算固定河宽下的河床冲淤变化的缺陷.以黄河青铜峡水库为实例,对模型进行了验证计算.计算结果表明,模型能较好地反映库区的水流泥沙运动及河床冲淤变形情况.     

葛洲坝水利枢纽下游近坝段二维水沙数值模拟

针对长江中游葛洲坝水利枢纽下游近坝段卵石夹沙河床级配分布宽等特点,应用非均匀悬沙、底沙二维数学模型,考虑底沙的不平衡输移及冲淤过程中床沙的级配调整问题,对计算中的关键环节如卵石夹沙河床水流的有效挟沙能力、非均匀沙起动概率及非均匀沙推移质输沙率的计算提出了处理方法,利用水文、泥沙及河床变形资料对该方法进行了葛洲坝水利枢纽运行后、1998年洪水前后及三峡工程运行后水面线、流速分布及冲淤过程的验证.结果表明,该方法可以应用于三峡工程运行初期河床演变预测研究.     

在动床试验中试用二种不同比重的模型沙

本文提出在水力枢纽局部冲刷与建筑物边坡稳定的水工模型试验中试用木屑（重率１．１ｔ／ｍ３）和天然沙（重率２．６５ｔ／ｍ３）分别模拟级配较宽的原河床推移质中的细、粗颗粒，选沙设计重点考虑影响抗冲稳定的粗颗粒（ｄ７５）；同时，按不同要求的模拟部位分别采用与上述模型沙对应的冲淤时间比尺施放模型水流，获得所需范围的冲淤地形。经水口水电站大江度汛与截流工程现场观测验证，模型之冲淤地形变化趋势、高程，截流龙口抛投材料粒径、数量以及导流明渠和龙口的各项水力参数与原型相当吻合。     

河口推移质水道冲淤计算公式

在珠江三角洲横门出海水道的整治工程研究中，引进了一种计算以推移质造床为主的水道冲刷深度的方法，针对推移质造床的水流、泥沙特点，将推移质看作接近床面运动的浓度较高的悬移质来处理，并引进一综合参数来校正将推移质作为悬移质近似处理时造成的与实际情况的差异，通过物理模型实验的实测值得率定该参数。研究结果表明，该计算方法较好地反映了推移质引起的冲淤情况，较为准确地计算和模拟了推移质河床的冲淤数量与冲淤过程。     

山区河流河床结构对推移质输沙率的影响

河床结构是山区河流河床在洪水过程中达到较强阻力及较高河床稳定性时床面大颗粒的组合,对山区河流的推移质输沙起重要影响．引入河床结构强度S对山区河流河床结构进行定量化研究,使用河床结构测量设备对河床强度进行测量,采用类似于坑测法的子母双槽进行推移质输沙率实测,对云南小江流域的15条主要支流河床结构及推移质输沙进行野外实测,发现推移质输沙强度至少受单宽水流能量与河床结构发育程度共同影响,在同等级水流能量条件下,河床结构的发育程度越高的河流（或河段）其推移质输沙强度越小,河床强度值越小的河流（或河段）推移质输沙强度越大．单宽水流能量小于50kg／（m·S）、河床结构强度大于0.35时,推移质输沙率接近零．     

蓄水两坝间长系列水动力及泥沙淤积的研究

对黄河上游龙羊峡至李家峡间的贵德-李家峡河段的蜿蜒河道进行了研究，为蓄水两坝间的通航和河床稳定性问题提供可行性分析依据．根据二维水流连续、运动方程、悬沙扩散方程和两相流底沙运动方程，采用加权集中质量剖分方法，建立了蓄水两坝间水动力、泥沙淤积数学模型．提出了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案，对长系列水动力和泥沙运动进行了模化处理．通过调试，验证了水尺水位和李家峡建坝前该河段4年的地形演变量．应用李家峡建坝后典型水文年长系列的组合资料，预报了河床经长期冲淤调整后迭到基本平衡需要的时间．介绍了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案和长系列河床演变数学模型的研究方法．     

黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究

针对宁蒙河段近期水沙问题,以水力学及河流泥沙动力学为基础,研究河道水沙变化后河道冲淤临界指标.利用1952—2012年黄河宁蒙河段各水文站点实测资料,系统分析了河段水沙变化特性,点绘出河段汛期单位水量冲淤量与来沙系数关系,计算了不同河段河道临界冲淤条件.结果表明:宁夏下河沿-青铜峡河段河道基本能维持冲淤平衡,青铜峡-石嘴山河段河道呈微淤趋势,石嘴山-巴彦高勒河段冲淤调整量不大,内蒙三湖河口-头道拐河段随着进口流量的增加冲淤效率呈现淤积少—淤积多—淤积少—冲刷的变化特点;当平均流量小于1 000 m3/s时,宁蒙河道发生淤积,随着流量的增大,宁蒙河道处于冲刷的状态;当进口站含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段基本表现为冲刷状态,当含沙量大于7 kg/m3时,宁夏青铜峡至石嘴山河段汛期冲淤平衡临界来沙系数为0.003 4 kg·s/m~6,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段汛期临界来沙系数为0.004 5 kg·s/m~6,内蒙河道河道汛期冲淤平衡临界来沙系数大于宁夏河道.     

水库二维水流泥沙数学模型及应用

建立水库坝区平面二维水流泥沙数学模型,考虑了悬移质非均匀,非饱和输沙特性,采用正交曲线坐标拟合复杂边界、ＳＩＭＰＬＥＣ程式离散求解及动边界技术。用该模型对白沙水库流场和河床变形进行了数值验证,计算了典型年条件下,水库取水口附近流场和河床局部形态。结果表明,坝前取水口漏斗基本保持稳定状态。     

准二维非恒定非均匀泥沙数学模型

在一雏非恒定非均匀泥沙数学模型研究的基础上,提出了可以模拟横向冲淤变形以及河宽变化的准二维非恒定非均匀泥沙数学模型．将横断面沿河道流向分成若干个流管,对每个流管利用非耦合法分别求解水流方程和泥沙方程．运用Preissmann四点偏心隐式格式对水流连续方程和运动方程进行离散,并用追赶法求解．采用迎风格式将悬移质连续方程离散成差分方程求解．根据最小能耗率原理,判别河床冲淤变化方向,以确定河宽是否变化、该模型弥补了以往大多数准二维泥沙数学模型只能按等流量划分流管,且只能模拟恒定流、均匀沙、固定河宽情况下的河床冲淤变化的缺陷．利用青铜峡水库实测的水沙资料,对所建立的模型进行了验证,计算结果与实测值吻合良好．     

海床演变对山海关旅游海滩生态修复工程的响应特征

针对海滩侵蚀问题展开了包括滩肩补沙和离岸潜堤在内的海滩修复工程.为评估工程效果,采用Delft3D软件建立了山海关海域的泥沙输运和海床演变模型,使用2015年至2016年的实测资料验证模型.基于验证后的数学模型对工程海域泥沙输运与海床演变变化特征进行分析.结果表明:工程引起了近岸区域泥沙浓度的减小,减小幅度随离岸距离的增大而减小.工程建设前工程海域的侵蚀较为严重,工程的建设大大减小了近岸海域的冲刷深度,有效地保护了工程岸段海滩.工程后冲淤变化幅度第1年最大,然后逐年减少.     

考虑悬移质效应的桥墩动床冲刷精细化分析方法

基于欧拉流固两相流理论并考虑悬移质效应进行桥墩动床冲刷精细化分析.针对动床冲刷与清水冲刷的主要区别,采用不平衡输沙法建立床面变形方程,考虑悬移质与推移质质量交换从而间接影响床面变形.通过对计算流体力学(CFD)软件ANSYS Fluent二次开发,利用床底切应力以及底面网格泥沙浓度分别计算推移质输沙率以及悬移质与推移质的交换通量,由此得到床底网格瞬时变化值,从而实现边界网格的动态更新,以此进行桥墩周围河床动床冲刷过程的动态模拟.通过将数值计算结果与经典理论分析及部分试验结果进行对比,在悬移质分布、局部冲刷深度以及冲刷坑形态等方面充分验证所提出动床冲刷计算方法的合理性与准确性.最后通过参数分析证明了悬移质浓度会明显影响动床冲刷的深度与形态,得出了选择动床冲刷模型并采用流固两相流进行桥墩冲刷精细化分析具有显著必要性的结论.     

闽江竹岐至侯官河段河床演变规律与整治初探

近年来,竹岐至侯官河段冲淤变化快,局部河段流态恶化,时有船舶搁浅,甚至出现翻船事故,航道整治迫在眉睫,本文根据大量实测的水文、泥沙和地形资料,分析该河段近年来的演变规律和影响因素,发现受水电站泄水、采沙和特殊水文年水文动力因素等综合影响,该河段总体演变趋势是冲刷,但浅滩淤积,且整治建筑物对河床冲淤有较大影响,在此基础上,从水流动力基本理论出发,用二维数值模拟方法,进一步研究整治建筑物对流场的影响,揭示了局部河段流态恶化的原因,提出修建N18坝束水归槽,修建S15坝调整局部河段流场改善流态的整治方案,模拟计算表明,这一措施效果良好,研究成果可供工程实践参考。     

珠江三角洲一维河网非恒定流悬沙预测模拟

在河网水流三级联合解法的基础上,利用“节点含沙量控制法”,假设节点处冲刷和淤积较小,所有节点的含沙量控制方程可以通过输沙量守恒方程用矩阵形式写出,求解该不规则的稀疏矩阵方程组,得到所有节点处的含沙量;单一河道断面处的含沙量通过单一河流悬沙输运的求解方法获得,从而建立珠江三角洲全流域悬沙预测模型,并用实测资料对该模型进行了率定和验证,验证结果良好．