丁坝群间取水建筑物局部流场及其冲淤变形的试验研究

本文结合黄河宁夏某河段丁坝群间设置取水建筑物的工程实际,采用正态动床模型,研究了丁坝群掩蔽条件下取水建筑物附近的流场特性及其局部冲淤变形规律.研究表明,丁坝群间设置取水建筑物,其局部流态及冲淤变形主要受到丁坝间回流及坝后扩散主流的控导.现状条件下,取水建筑物前流态不受回流的影响,回淤泥沙不危及取水安全,而扩散主流顶冲取水建筑物,形成较大局部冲刷;设置上挑式淹没构筑物,可极大减轻局部冲刷,比较了几种上挑式减冲设施,得到了较优化的体型及上挑角;合理下延上丁坝可有效发挥丁坝对水流的控导作用,既可形成有利的取水态势,又可减小顶冲作用,有效缓解局部冲刷.研究成果可为类似的工程实际提供参考.     

三峡蓄水后新水沙条件下荆江河段整治建筑物损毁原因分析

荆江自古以来边界条件复杂,水患频发,是长江黄金水道重点整治河段之一。在三峡水库蓄水后,该河段受清水下泄影响,河床将发生更为敏感的冲淤变化,给航道整治带来了新的问题,使治理难度增大。围绕长江黄金水道建设,在全面调查分析三峡水库蓄水运行前后荆江河段水沙条件的变化情况,以及荆江河段各主要航道已建整治工程的损毁、运行情况的基础上,总结出新水沙条件下,荆江河段不同类型整治建筑物的损毁影响因素及其损毁原因。为进一步研究新水沙条件下荆江河段航道整治建筑物的稳定性与整治效果提供参考依据,为保障长江干线航道的通航水深、改善航行条件奠定理论基础。     

嘉陵江取水口项目通航影响数值模拟研究

随着国民经济发展与基础设施的不断完善,在通航河道修建的取水项目工程日益增多,这些在通航河段的工程项目均会不可避免地对航道、通航条件产生一定影响。为了科学合理地制定项目实施方案,以嘉陵江某取水口项目为例,通过建立二维数模与分析实测资料,统计分析拟建工程前后附近水域流速、水位等方面的变化,论证拟建项目对于嘉陵江航道通航的影响。结果表明,拟建工程对工程河段过水面积影响较小,且埋于河床下,其结构阻水作用有限,河道流态、主流带位置改变较小;另外,考虑到该河段的河道组成及川江河床演变特点,可以预测该工程建成后,对工程河段附近泥沙冲淤变形、河床形态等无甚影响,亦不会对工程河段的河床演变规律及河势造成影响。     

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．     

论三峡水库下游的河床冲淤变化

回顾和分析了三峡建库前后坝下游汉口以上河段的冲淤情况，通过分析丹江口、三门峡等水库下游实测资料表明，在水库下游河床冲刷、沙量恢复过程中，各粒径组输沙量均不会超出建库前水平，这是与河床边界、河型等因素无关的一般性规律，目前三峡水库下游冲淤计算成果与其他水库下游的冲淤规律存在矛盾之处，汉口以上河段冲淤情况以及对防洪的影响值得商榷。     

松花江依佳河段浅区特性分析及航道整治工程研究

针对黑龙江和松辽水系航运规划需求,面向依兰至佳木斯段航道整治问题,首先对依兰至佳木斯河段河道演变规律进行系统分析,然后确定以整治和疏浚并举为主的航道整治原则。具体以白玉通、舒乐河、五股流、竹帘村下、木图等7处碍航浅滩作为整治对象,针对该7处浅滩进行碍航特性及浅滩成因分析,确定整治工程包括丁坝、锁坝、顺坝、护岸等整治建筑物,疏浚工程包括挖槽、爆破等,完成具体航道整治规划方案制定,论文成果可为航道整治建设管理部门提供技术参考。     

吴淞口至张华浜河段航道改善方案的初步研究

通过分析水文、地质特征和弯道形态，探讨了黄浦江吴淞口至张华泊河段的河势演变规律及深槽形成机理。应用黄浦江三维水流数学模型，计算和评价了不同水文组合条件下，该河段航道改善方案实施后对周围水域的流态、船舶航行及码头运营的影响，分析了航道改善方案的技术可行性。     

基于河段单元尺度长江中游河床形态调整过程及差异性研究

三峡水库对坝下游河道调整的影响已初步显现,利用1987~2014年长江中游原型观测资料,以河段作为研究单元,探讨了三峡水库蓄水后坝下游河床形态调整时空差异性及成因,研究表明:(1)坝下游河床整体为冲刷趋势,且主冲刷带下移约80km,175m蓄水以来宜昌—枝城及下荆江河段冲刷强度减弱,上荆江、城陵矶—湖口河段增强;(2)宜昌—城陵矶河段冲刷集中在枯水河槽,且集中程度增加,低滩和高滩冲刷所占比例减小;(3)城陵矶—汉口河段由试验性蓄水前的"冲槽淤滩"转为试验性蓄水后的"滩槽均冲",汉口—湖口河段蓄水前为"冲槽淤滩",蓄水初期深槽和低滩冲刷,高滩淤积,试验性蓄水期后为深槽冲刷,高、低滩均略有淤积;(4)试验性蓄水后坝下游中枯水历时增长,冲刷集中在枯水河槽,滩地因高水历时减少和航道整治工程等作用,冲刷速率减小或略有淤积;(5)砂卵石河段断面调整以深蚀为主,砂卵石—沙质过渡段深蚀过程中伴随横向展宽,沙质河段整体为深蚀趋势,伴随边心滩冲淤调整,其展宽、束窄均有发生.     

蕴藻浜闸下淤积分析

根据蕴藻浜闸下河段实测水文泥沙资料,从水流特征、泥沙来源和冲淤规律三方面探讨河段淤积原因,并据此提出清淤减淤措施.     

桩柱式双丁坝局部水流结构及冲淤规律的试验研究

桩式透水丁坝是一种新型河道及航道整治建筑物,本文针对桩式透水丁坝群中对水流影响最大的前2座丁坝分别进行定床和动床模型试验,在前人研究的基础上,主要分析透水率的变化对双丁坝流场分布的影响规律,并运用Surfer软件绘制了河床地形图,探讨透水率变化对双丁坝局部冲淤的影响规律,发现第2座丁坝坝根附近的横向冲槽、坝头冲刷深度和坝后淤积体在发生程度上均弱于第1座丁坝;随透水率的增大,2座丁坝的坝头最大冲刷深度均减小,同时两坝间的淤积作用也减弱,不利于护岸促淤,推荐透水率为30%。     

汉江无粮洲鹅头形汊道整治的试验研究

本文介绍了汉江中游襄凡河段无粮洲鹅头形汊道定床与动床试验研究成果.成果表明:稳定洲头的工程措施是整治这类汊道的关键工程,调整汊道上游河势对两汊分流比影响极小,在顺直汉道一侧建造单丁坝作用甚微.     

山区河流平面二维水沙数学模型研究

根据泥沙交换原理，建立了河道非均匀沙悬移质水流挟沙力及推移质输沙率的计算模式，将非均匀沙推移质与床沙的交换形式概化为单向淤积、单向冲刷及淤粗冲细3种基本形式，并建立了每种交换形式下的非均匀沙推移质有效输沙率的计算公式．针对天然河道边界复杂及天然河道长宽尺寸一般相差悬殊的特点，本文采用正交贴体网格．在此基础上建立了正交曲线贴体坐标系下的平面二维全沙数学模型．采用有限体积法对拟合坐标系下的水沙基本控制方程进行了离散，在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法．在北盘江坝油滩河道中对水位、水流流速以及河床冲淤等进行了验证计算及分析．数值实验表明，该模型能正确地模拟山区河流复杂的水流以及河床的冲刷、淤积过程。     

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.     

近50年来珠江河网区水动力对地形的响应

自20世纪50年代以来,珠江三角洲发生的河道采沙、航道整治等人类活动对河网区河床形态的自然演变过程产生了较大影响,引起河网区水动力产生相应的调整。根据平原感潮河网水力特性建立一维河网模型,并对50年代和90年代珠江河网区水动力过程进行了模拟,同时结合数值试验探讨了珠江河网水动力对地形变化的响应。结果表明,河床形态变化导致西、北江干流洪季水位及水位梯度较50年代明显下降,西江水位梯度由7.2 cm/km下降至4.1 cm/km,北江水位梯度的下降主要集中在上游地区,其中三水至三围由9.3 cm/km降至5.0 cm/km,而三围至口门变化不大,两个年代分别为4.9和4.8 cm/km,北江干流平均水位梯度由7.1 cm/km下降至4.9 cm/km。两个年代枯季水位梯度变化不明显,不同区域日均水位有升有降。数值试验结果同时表明,地形变化导致各主要节点分流比也产生不同程度调整,三水-马口、天河-南华等地形变化显著的区域分流比变化较大。     

90°弯道T型丁坝水力特性和数值模拟研究

利用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω涡粘紊流模型,研究在无丁坝、直线型丁坝、T型丁坝三种工况下90°弯道水流中的水力特性.研究结果表明:与直线型丁坝相比,T型丁坝下游形成的回流区长度约缩短15%,宽度约缩窄25%;对水面壅高、横纵比降的影响程度较小,且将横向环流移向河道中心,更加合理的减轻环流对岸边的水毁破坏;河床切应力突增率低于直线型丁坝,强度顺河道向下游衰退更快.综合比较,T型丁坝是一种优于直线型丁坝的坝型.     

马尾万吨码头港池增深方案及数学模型试验

马尾万吨码头港池淤积的主要原因是马杭水道出流口的不良河势，与闽江上游的来水来沙条件并无直接关系。提出港池增深工程的指导思想，通过局部工程措施，使主流靠近码头前沿，增强码头前沿的水动力，形成有利河势。经二维数学模型优化比选，推荐了实施工程方案。     

VOF模型在有支流汇入的河道复杂流场中的应用

采用VOF模型对大渡河与楠桠河交汇处的护堤工程区及其影响范围进行了三维数值模拟计算分析.结果表明:楠桠河与大渡河交汇口处的流态主要受大渡河流态的影响.护堤工程扩建后,断面平均流速在局部的增大,会增加对河岸的冲刷,因此在护堤建设过程中,应加强固岸措施.工程现场的原位试验观察与模拟计算结果吻合较好,加之工程多年来的安全运行,均说明VOF模型是一种处理复杂自由表面的有效方法,可在天然河道,特别是在有支流汇入的复杂河道流场研究中推广应用.     

小流域水土流失的数学模型及数值模拟

为了描述小流域水土流失的水量、含沙量过程线,实现水土流失动态模拟,通过对小流域整个水土流失过程数学模型的建立及计算程序的编制,实现了对小流域整个水土流失过程的数值模拟.并通过有限的野外实验研究来校正模型中的参数:通过改变模型中的参数和输入值,可以模拟、预测不同条件(包括地形坡度)下的水土流失情况,有助于揭示水土流失因子之间的相互作用机制,探讨不同耕作方式和水保措施下水土流失的规律,为水土流失防治、减轻地质灾害、合理使用耕地和保护生态环境提供科学依据.     

基于分形理论的河床表面形态量化方法研究

提出以河床表面分形维数从整体上量化河床形态,并依据表面积—尺度法原理,在对现有面分维计算方法的表面积估算、边界处理及无标度区判断等方面进行改进的基础上,给出了适用于具有不规则边界的表面分形维数计算方法,该方法对河床表面分维计算具有较好的适用性.将典型河段的年内冲淤变化、局部河势、河型与河床表面分形维数变化结合起来,说明了河床表面形态具有一定的分形特征,河床表面分形维数可随着河床的冲淤变化而改变,河床形态冲淤起伏愈剧烈,则河床表面分形维数愈大,其能定量反映河床形态的复杂程度,可用于河势量化分析、河型判别以及河道形态阻力计算等相关问题研究.