复杂河道二维水流数学模型与应用

采用二维非恒定流方程为基本控制方程,运用有限元法建立复杂河道的二维水流数学模型,并应用于福州市大学新区溪源溪下游河道.计算结果表明,数学模型计算值能够较好的吻合实测值,能正确反映河道的水位、流量变化过程,很好地复现河道的水流形态.     

驾驭式洪水演进模型在蓄滞洪区联合防洪中的研究与应用

基于一、二维非恒定流基本控制方程,建立了蓄滞洪区洪水演进数学模型.模型采用具有旁侧出流的河网独立计算的一、二维多口门嵌套衔接模式,将一维河道嵌套于二维分洪区中.通过混合编译方法实现了该模型的可视化驾驭功能.介绍了驾驭式模型的基本结构,讨论了该模型混合编译的不同实现方法的优缺点,提出了在保留计算模型独立性和完整性前提下具有通用性的可视化驾驭模型快捷建立方法.结合历史洪水资料,模拟了永定河蓄滞洪区百年一遇洪水演进过程.实现了模拟过程中对各分洪区口门开关和堤埝突发决口事件的监控.     

黄河中下游水库-河道-滩区水沙模拟系统的构建与应用

库区减淤和坝下游河道防洪是黄河中下游洪水管理需要统筹考虑的目标,为此建立了能够实现库区、下游河道和滩区联合模拟的水沙模拟系统.该系统由一维水库、一维河道、二维滩区3个子模型和水库调度模块组成.其中水库模型通过浑水明流与异重流控制方程的交替求解模拟异重流的形成、传播与出库过程.模拟系统中采用的控制方程充分考虑了水沙输移与河床变形之间的耦合作用,数值方法主要采用了具有激波捕捉能力的有限体积法,水库调度模块可以对多种调度模式自定义组合.模拟系统给出的2012年黄河调水调沙过程中小浪底库区水位变化,异重流演进,下游水文断面含沙量变化等计算结果与实测过程符合较好.通过坝下游一维河道模型和二维滩区模型的联合模拟,分析了兰考东明滩区漫滩洪水过程中植被阻力对演进速度和冲淤分布的影响.最后采用该系统模拟了小浪底水库运用条件下"1958"型洪水的演进过程,在防洪调度规则下小浪底水库最大下泄流量约9 000m~3/s,花园口洪峰流量削减了3 982m~3/s,库区及坝下游累计淤积量分别为3. 68×10~8t和1. 33×10~8t.因此该模拟系统可以为黄河中游水库优化调度,下游河道防洪工程建设以及蓄滞洪区运用提供科学依据.     

一维和二维溃坝波的混合有限分析解

针对水深平均二维浅水方程高分辨率模型，采用非交错网格下的二维对流扩散方程的混合有限分析法，运用SIMPLE算法结合Rhie and Chow的动量插值技术计算二维溃坝水流．一维理论解和其他格式的二维数值结果符合良好，表明非交错网格下的混合有限分析法能正确有效地求解溃坝问题．进而对部分溃决情况下的溃坝波传播和绕流问题进行了数值模拟，给出了精细的数值结果，揭示了复杂的运动特性，进一步表明混合有限分析法具有较强的溃坝波的捕捉能力，是求解溃坝流动的有效方法之一．     

围垦工程群对杭州湾南岸累积水动力影响分析

以杭州湾南岸为研究对象,分别建立1997年、2007年和2015年杭州湾海域二维水动力数值模型,计算并对比各年份水动力场。从高潮位、漫滩流和流速大小三个角度来分析杭州湾大范围、累积的围垦工程对杭州湾南岸的影响。结果显示,特征点高潮位均有不同程度的抬升,自西往东呈降低趋势;围垦工程导致杭州湾南岸漫滩流特性有所减弱;大部分南岸近岸海域涨、落急流速均有不同程度的降低,并且南岸近岸海域涨急流速有较为明显的累积效应。     

航道工程泥沙数学模型的研究（Ⅰ）——模型的建立

针对航道工程的特点，建立了一、二维泥沙数学模型，给出了一维非均匀全沙模型的基本方程、辅助方程和关键问题的处理方法．针对河道长宽相差悬殊的特点，提出了平面二维贴体正交曲线坐标系下紊流全沙模型的控制方程，采用控制体积法及相应的动边界技术数值求解了水流泥沙运动方程．     

梧州市桂江三桥对河道行洪影响研究

通过一维水位计算和二维水流流态计算 ，对比分析桂江三桥建设前后桥位附近河段的水位，流态变化情况论，论证大桥建设后梧州防洪工程的影响及对策。     

具有岔道支流的明渠不恒定计算

关于分岔河道,潮汐网河以及具有小支流的河道等不恒定流的计算问题已有不少文章作过专门的讨论和研究,提出了一些计算方法。本文综合这些方法的基本思想,针对岔道支流的特殊性,对具有岔道支流的潮汐河道的不恒定流问题,应用李子才等同志建立的不等距差分格式并结合司托克分岔条件,构造了一种连续计算的格式。文中还根据实际工程问题中岔道支流往往由于水文资料不足,无法确定潮区界的位置,而提出了移动上游断面的概念。此外,对于复式河床,考虑到水流漫滩后所产生的影响,因此在计算过程中,利用调整面积比系数的办法,比较合理地处理了流量的滩槽分配问题。初步实践表明,本文所提出的计算方法是行之有效的。     

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．     

用卡尔曼滤波求解河道糙率参数反问题

提出了用四点线性隐格式求解水流方程、用卡尔曼滤波求解河道糙率的一种求解河道水流及其糙率参数反问题的新方法，并应用于淮河水流计算。结果表明，计算水位与实测水位过程完全吻合。     

小浪底河段浑水流动的三维数值模拟

基于湍流随机理论,针对黄河中游小浪底工程建成前的河段水沙流动特点,建立了河流的三维水沙流数学模型。在此模型中,采用了各向异性湍流的Reynolds应力数值格式和自由面位置的Poisson方程,并将精细壁函数应用于边壁处理。建立了床面附近含沙量表达式,将传统的床沙级配控制方程推广到三维模型。在贴体坐标系下,用此数学模型计算了此河段的含沙量和流速沿河宽和垂线分布,计算结果与原型实测成果基本吻合,从而证明了此模型的可行性,以及计算方法和程序的可靠性。     

小浪底河段浑水流动的三维数值模拟

基于湍流随机理论,针对黄河中游小浪底工程建成前的河段水沙流动特点,建立了河流的三维水沙流数学模型。在此模型中,采用各向异性湍流的Reynolds应力数值格式和自由面位置的Poisson方程,并将精细壁函数应用于边壁处理。建立了床面附近含沙量表达式,将传统的床沙级配控制方程推广到三维模型。在贴体坐标系下,用此数学模型计算了此河段的含沙量和流速沿河宽和垂线分布,计算结果与原型实测成果基本吻合,从而证明了此模型的可行性,以及计算方法和程序的可靠性。     

黄河中下游河道生态需水研究

 根据黄河流域生态需水的特点,将研究重点放在中下游河道,选择黄河中下游及部分支流的主要控制断面研究黄河流域河道内生态需水。以河流水体存在（不断流或干涸）、水生生物完整性以及河流系统的水沙平衡为保护目标,分别计算河道最小生态流量、适宜生态流量和洪水期生态流量,将不同生态流量耦合时间特征计算了全过程生态需水。研究结果表明,黄河中下游河道适宜生态流量、洪水期生态流量和最小生态流量的相对值分别为18%～29%、156%～187%、9%～15%,对应于汛前期（4-6月）、汛期（7-8月）和汛后枯水期（9-3月）的河道生态需水,据此算得黄河中下游流域年生态需水总量占多年平均径流量的35%～43%。从河流生态需水时间特征出发提出的全过程生态需水计算成果,将为黄河流域的水资源合理调度和管理,生态系统保护和恢复提供科学依据。     

淮河上游生态需水量计算分析

为分析计算淮河上游河流生态需水量,提出了丰水期、枯水期、平水期保证率分别为45%,75%,50%的淮河上游适宜生态径流计算方法,选用淮河上游干流息县、长台关以及大坡岭3个主要控制站1960～2005年历年天然来水量资料,计算了淮河上游最小生态径流和适宜生态径流,并运用Tennant法进行评价.结果表明,最小生态径流在很大程度上有损于河流生态系统稳定与健康;总体而言,3站适宜生态径流均可以使淮河上游河流生态环境状况达到最佳,但在某些年份各站实测月均流量小于其适宜生态径流量,而且丰水期适宜生态径流破坏率较枯水期的要高.因此,在某些年份为满足淮河上游适宜生态需水要求,还应增加河道内生态用水量.     

对《汉书·地理志》中获水的探讨

获水是流经今河南省商丘市、安徽淮北市萧县和江苏徐州市境内的一条古代河流。《汉书·地理志》中对获水的记载主要涉及其过郡数目和流向上，同时又涉及获水与汲水的关系。经推论知获水乃汲水之支津，获水是否独立为一条河流致使其过郡数目有“五”和“三”之别，获水的流向整体上是先东南后东北的流向，其转折点出现在萧县。     

三江地区阿中陆缘弧火山沉积作用与古环境恢复

岛弧从水下生长到水上其沉积环境也发生了演变 ,西藏东部三江地区中段的情况就是如此 ,厚度大于 1 2 1 0 m的上三叠统哇曲组 (T3w)由弧火山岩夹碳酸盐岩与碎屑岩组成 ,沉积相自下而上由海底扇发展到河流相。与此相对应的火山熔岩流形态也发生了变化 ,从下而上由块状向块体或枕状体的变化说明这是渐进的浅水环境。综合火山 -沉积物特征的研究 ,表明陆缘弧曾经历了水下浸没的深水环境而后上升到陆上环境的过程     

河流海岸水动力学综合模型

为研究在波浪、潮流及河川径流等多种动力因素共同作用下河口海岸地区的水动力环境,建立了一个河口海岸地区的综合水动力学模型。该综合模型应用了基于改进型Boussinesq方程的近岸模型、基于Saint-Venant方程的河道模型,并考虑了波浪破碎及底部摩擦的影响,将近岸水动力模型和河道水动力学模型进行耦合求解。将该模型用于研究长江口及口内感潮河道径流与潮流的相互作用,涨潮及落潮过程中水流运动。计算所得到的各测站水位、流速及流向与观测资料吻合良好。     

糖用微涡流重力沉降器中的流体特征流动与颗粒絮凝沉降

介绍了一种在糖厂用于澄清无滤布吸滤机滤汁的波纹斜槽板微涡流重力沉降器.探讨了该沉降器的工作原理,分析了流体在波纹斜槽中的流动情况.在一定的简化条件下,推导了斜槽区水力学特征流动的速度分布表达式.指出对沉降固液分离产生强化作用的特征流动是直立斜槽板上的涡旋流和沿波纹斜槽轴向的二次流,涡旋流与二次流的流速都随主体流速的增大而增大,随斜槽直径的减小而增大.文中还推导出了产生涡旋流?二次流的斜槽结构条件下颗粒的沉降速度.结果表明,颗粒的沉降速度随涡旋流和二次流的加剧而提高,从而证明在新型沉降器中,形成的特征流动对颗粒沉降具有强化作用,这也为该新型沉降器的进一步改进提供了理论依据.     

Large Eddy Simulations of Three-Dimensional Flows Around a Spur Dike

Introduction Spur dikes are often used in river engineering for navi- gation or bank support, as well as in coastal engineer- ing for bank or beach protection. The spur dikes placed in a river result in flow constrictions and deflections with strongly thr…     

基于树木年代学的冰川型泥石流灾害历史重建方法-以西藏天摩沟为例

藏东南帕隆藏布流域冰川型泥石流规模大、数量多。天摩沟是帕隆藏布左岸一级支流,最近20年多次爆发冰川型泥石流,重复堵江并形成长1.5 km左右的堰塞湖。冰川型泥石流事件爆发时间和规模的确定对山区泥石流防灾减灾意义重大。本文基于树木年代学方法,通过分析树木年轮损伤组织、生长抑制和释放动态,重建天摩沟60年来的泥石流事件的时空分布;从树木生长扰动强度等方面探讨泥石流的流动范围和沟道溯源侵蚀过程;并通过Wit指数进一步分析泥石流发生时间和日降雨及气温之间的关系。结果表明天摩沟在1965、1970、1976、2007、2010和2018年爆发过泥石流,与2007年以来的有记录的泥石流事件吻合,印证了通过年轮损伤组织、生长抑制和释放等参数重建泥石流事件的可行性;Wit指数的变化表明树木年轮的生长释放和抑制滞后于泥石流事件1-3年,并与泥石流规模成正相关。