钱塘江杭州段边滩最大冲刷预测

边滩冲刷计算属于局部冲刷问题,目前尚无成熟的方法,通常采用的河相关系、水力学公式、比尺模型等手段,在河口地区因水流条件复杂多变,计算结果与实际情况出入较大.本文通过对大量实测资料分析钱塘江杭州河段河床演变特点,根据影响河床冲淤的因素运用多元回归方法计算得到主槽最大冲刷,再利用主槽～滩地高程的实际相关关系得到滩地可能最大冲深,结果较为可靠.     

滩地植被化的复式断面明渠均匀流的流速比

采用量纲分析法得到了淹没滩地植被化复式断面渠道中主槽和滩地间表观切应力的基本形式,基于Thornton等的实测资料,运用最小二乘法导出了表观切应力中动量传输系数的计算式.在计算动量传输系数中考虑了滩地与主槽水深比、宽度比以及植被阻水百分数等因素的作用,进而采用力的平衡原理,给出了主槽和滩地的流速和流量的计算公式.该公式反应了动量传输系数及主槽糙率、滩地糙率和植被密度对流速流量的影响,计算结果与实测资料符合良好.     

论闸下冲刷的计算

本文探讨了闸下各种情况冲刷的计算问题。对于无粘性土质河床的闸下级流冲刷,视作推移质运动平衡问题处理,导出了一套计算冲刷平衡水深、河宽及河底纵坡降的公式。对于无粘性土质河床的闸下急流冲刷,则根据动床模型系列试验数据,分析得到了计算最大冲刷平衡水深的回归公式。对于粘性土质河床的闸下缓流或急流冲刷,引用了当量粒径的概念,将其化为和该粘性土具有同等抗冲能力的无粘性土质河床冲刷问题求解,并据有关资料分析得到了由粘性土凝聚力指标求取当量粒径的简捷公式。本文末还给出了算例。     

古田溪三级大坝下游河床冲刷原型观测与分析

根据古田溪三级大坝溢流道下游河床冲刷原型观测资料 ,分析下游河床冲刷坑特性 ,提出符合工程实际的冲刷系数k值 ,分析、预测河床冲刷对坝基安全的影响 .     

黄河滩区及安全避洪措施分析探讨

1.黄河河道中滩区的作用 1.1滩区能够有效减缓下游河床抬升速度 小浪底水库建成后,花园口百年一遇和千年一遇洪峰流量分别达15700m^3/s和22600m^3/s。当黄河下游发生较大洪水致使滩区漫滩后,经过滩区滞蓄后的洪水,泥沙大量落淤,清水回归主槽,主槽则发生冲刷,这样使得涨水中的主河槽迅速扩大刷深，排洪能力不断加强。     

探讨复式断面中均匀流水力计算

对于复式渠道的流量计算,前人已经进行过大量的研究,本文采用理论研究与水槽试验结合的方法,探讨复式断面渠道中主槽和滩地之间水流的动量传递定理,应用动量定理导出计算复式断面中均匀流水的公式。     

水流对破坏后河床演变的作用

河床因自然或人为作用会发生破坏。将破坏后河床地形概化为三角形坑,通过水槽试验和数值模拟研究了清水和动床两种水沙条件下坑形河床的演变。采用垂向二维水流数学模型计算得到了不同时刻下坑周围的流速与河床切应力分布,分析了导致河床演变的原因。研究表明:清水冲刷条件下破坏后河床仅在坑缘口处有冲刷侵蚀,是由于此处强切应力所致;动床冲刷条件下坑内流速很小,坑上游来沙在坑内淤积,同时坑下游边坡长距离冲刷显著;河床演变达到平衡状态时,局部切应力仍大于均匀流切应力。     

冲刷坑冲刷过程的数值模拟

为了探索用数值模拟的方法来模拟冲刷坑形成过程及预测冲刷深度的可行性,在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对二维散粒体河床的冲刷进行了数值模拟,根据冲刷过程中坑底动水压强和冲刷深度之间的平衡关系,来控制坑底边界网格移动进而模拟冲刷坑的冲刷过程及流场变化过程,实现了对冲坑底边界动态发展过程的自动模拟.计算得到的控制参数变化规律,表明用此方法模拟冲坑发展过程的可行性;计算结果与试验吻合较好,说明本方法可以有效地用来模拟冲坑发展过程,并能正确的反映挑流冲刷中流场结构和速度、压力等参数的变化.     

滨海电厂排水明渠消能防冲试验研究

本文主要针对沙特拉比格电厂排水明渠泥沙冲刷物问题进行了理模型试验研究.试验结果表明,电厂排水时,明渠水流进入深海后得到充分消能,码头前沿附近水流流态平稳;电厂排水明渠及码头附近滩地流速较小,低于滩地原型泥沙的起动流速,沿岸滩地不会产生冲刷破坏.     

基于光滑粒子元的水-沙两相流冲刷数值仿真

基础河床冲刷逐渐成为水工建筑物等结构破坏的主要原因,传统分析方法基于欧拉网格法模拟,易出现网格畸变、计算不收敛等情况,降低了计算效率与精度.基于拉格朗日坐标系下无网格光滑粒子元法（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）对河床冲刷过程进行数值模拟;将泥沙相视为非牛顿流体,分为沉积物、推移质、悬移质三种状态;引入Drucker-Prager与Shields应力模型作为泥沙状态转化判断准则,为不同状态泥沙粒子赋予不同流变特性,使计算结果可准确描述水-沙耦合过程. 提出了基于SPH多相流模型的河床冲刷数值仿真改进算法,编写了泥沙冲刷计算模块,采用GPU进行计算加速,最后将所得数值水槽模型与Louvain溃坝试验及其他同类仿真结果进行对照. 结果表明：本文模型能够更为准确地反映冲刷发展整体趋势;各时刻自由液面、水-沙交界面轮廓均方根误差均在合理范围内;数值模型与试验结果吻合度较高.     

植被作用下复式渠道的三维湍流数值模拟

针对浅水植被作用下的渠道流动特征,建立了三维标准的k-ε双方程湍流数学模型,模型考虑了植物拖曳力对水流的影响,植物阻力作为源项被加入到各方程中.曲线网格被应用模拟复杂边界的区域,变量采用部分交错网格布置,利用控制体积法离散控制方程,采用由二维深度平均方程演化而来的2D泊松方程计算三维自由水面,应用SIMPIEC程式求解离散的方程.通过实验室局部带有刚性植被的顺直矩形水槽和滩地种植植物的复式顺直水槽进行了数值模拟研究,给出了测量断面带有植被和未带有植被的速度对比结果及速度、湍流动能等值线图,计算结果和测量结果符合得较好.通过对比分析发现,未种植植被的水槽主流分布在整个渠道断面,种植植被后,由于植被拖曳力的影响,使得主流流速分布发生了改变,主槽流速增大,滩地流速降低,滩地上计算的纵向流速出现了S型的分布,在植物顶部和临近主槽一侧水流的交界面湍动能最大.     

基于GIS长江口北港河段冲淤变化的可视化分析

利用GIS技术,建立长江口北港1973~2003年间不同时期的水下数字高程模型,以此作为基础资料,通过叠合分析不同时期的水下地形图,得到长江口北港不同时段相对的河床冲淤分布图.分析了长江口北港30年来河道的冲淤变化和演变情况,并计算了河道泥沙冲淤量.结果表明,GIS技术是研究河床演变规律的一种行之有效的可视化方法;北港河段在1973~2003年间整体呈冲刷之势,泥沙冲刷量为1.58亿m3,平均每年冲刷0.05亿m3;北港河床航道稳定性较差,受南、北港分汊口演变的影响,北港河床逐渐演变.洪水在北港河槽演变过程中起着重要的作用.     

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.     

复式断面明渠二次流的数值模拟

采用Launder-Ying雷诺应力模型对复式断面明渠二次流流动进行数值模拟,和实测资料对比,验证了数值计算的合理可靠性,并进一步分析了不同滩地水深时复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性.结果表明,二次流的阻滞导致主流流动减缓;二次流主要产生在明渠固壁拐角和近岸区域;二次流对主流速度等值线有强烈影响,使其沿二次流流动方向凸起,在滩槽结合部表现最明显;随着滩地水深的增加,主槽涡强度相对减小,滩地涡强度相对增大,滩槽结合部主流速度等值线在更大范围向自由水面凸起,主流高速度核心区域也逐渐由主槽中部向滩槽结合方向移动;在滩地水深h/H=0.5左右时二次流最强.     

茨淮新河滩槽糙率比值分析

滩槽水流的相互作用是复式断面河渠的重要特性,关系到过流能力计算.根据茨淮新河上桥闸水文站原型观测资料,对滩槽水流相互作用机制进行初步分析,检验了滩槽糙率比值,得出滩槽水流相互作用的影响虽使滩地流量增大,但使主槽流量减小,总的效果是整个断面过流能力下降;强调了具体分析各河段特性和滩地过流能力对合理规划整治措施和加强滩地管理的重要意义.     

宽浅河段航道整治线宽度确定方法

为解决航道整治线宽度理论公式求解过程中假定工程前后参数不变产生的计算误差,提出一种确定整治线宽度的新方法。该方法从河流水流运动、泥沙运动以及河床形态机理出发,通过理论研究,推导了持续冲刷状态下和输沙平衡状态下航道整治线宽度的计算公式,并利用整治效果良好的实际工程进行验证。结果表明:新方法可以规避工程前后相关参数的取值问题;与已有大多数方法相比较,新方法确定的整治线宽度与实际工程应用值最为接近,验证了该方法的可行性。     

基于CATIA建模的导流工程三维数值模拟研究

提出了包括实际工程地形的施工导流工程三维数值模拟的方法.基于CATIA模型设计软件建立了苏丹上阿特巴拉水利枢纽儒米拉大坝分期导流三维模型,实现了实际工程地形与建筑物实体的融合,真实地反映了实际工程的空间布置情况.将模型导入计算水动力学软件Flow-3D中,采用紊流双方程中的RNG模型,用Tru VOF方法进行自由表面的追踪,在1,000,m~3/s、5,380,m~3/s流量下,对溢洪道内部水流流速、流态、水面线、底板压力进行了数值模拟.经过对比分析,证明了模拟结果与试验值吻合较好,从而验证了模型的可靠性.在取得水力学参数的基础上,考虑建筑物附近的河床冲刷,探讨了围堰附近覆盖层冲刷的数值模拟方法.该研究为解决复杂水利工程的三维建模问题及相关数值模拟提供了新的方法,具有一定的参考价值和良好的应用前景.     

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。     

桥墩局部冲刷对建桥的影响分析

针对桥墩局部冲刷对建桥的影响,分析了桥墩局部冲刷的影响因素,列举出黏性土和非黏性土河床桥墩局部冲刷的计算公式,并根据物理模型试验所用的泥沙粒径和测得的桥墩局部流速,采用局部冲刷公式计算了拟建桥梁主副桥墩处的冲刷深度,分析比较得出拟建桥梁的最佳位置。研究结果为桥梁的设计提供了相应的技术依据。     

山区河流河床结构的发育分布

开发了一种精确定量描述方法,用于描述山区河流的河床结构的发育分布及环境条件的影响。运用自行设计的床面形态测量排,测量了众多的河床结构。运用包含推移质在内的统一耗能模型,对测量统计结果进行分析,描述了河床运移。结果表明:在动力平衡条件下,河床结构强度值与单位宽度水流能量成正比。河床结构强度的沿程分布主要与水力条件相关。若河道中河床结构不足以消耗水流能量,则河流动力不平衡,多余的能量将侵蚀冲刷床面。