水动力二维计算模型在海潮对河道作用中应用研究

海潮对河口河道水位等影响范围和影响强度关系到河口地区经济社会的可持续发展,这些问题又直接与河口治理规划,河口地区防洪密切相关,海潮对河口河道影响具有重要意义。以二维水动力有限元数学模型为手段,选取黄河河口莱州湾清水沟入海流路为研究对象,在入海河道上足够多的典型位置处的水位和流速为对象,通过对沿程水位和流速的变化分析研究得到3 000 m^3/s流量下海潮对河口的影响范围在距离口门约5～10 km的范围内,计算分析结果与实测资料分析结果基本一致。     

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。     

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。     

拟建朝阳大桥对赣江河段水流影响分析研究

桥墩会改变桥址河段的流场,产生壅水和涡旋,阻碍河道行洪,所以大型桥梁在建设前必须论证其对河道的影响程度.使用Delft3D建立了赣江河道平面二维非恒定流数学模型,并使用原形观测数据对模型进行了参数率定和验证.开展了拟建朝阳大桥对赣江河道综合影响的研究,对大桥建设前后赣江河段的水位、流速和赣江东西两汊分流比的变化进行了数值模拟分析.计算结果表明:建桥后上游水位最大壅高0.07m,影响范围在桥上游约640m范围内;桥位上游流速略有减小,最大减小值为0.08m/s,桥位下游流速有增有减,变化幅度在±0.06m/s之内,流速影响范围为桥位上游1 000m至桥位下游1 600m;建桥对东西河分流比影响不明显.模型计算与物模试验成果基本吻合,结果表明,大桥的建设对河道水流的影响较小.     

基于MIKE21 FM模型的河道防浪林行洪影响分析

为分析在滩地种植防浪林对河道行洪能力的不利影响,以嫩江干流东阳堤段为例,通过在MIKE21 FM模型中对防浪林进行结构物概化构建数值模型,选取堤前水位、断面水位和断面流速作为输出,比较有、无防浪林时输出位置的水位和流速,定量计算现状防浪林和优选布局条件下设计防浪林种植对河道行洪的影响。结果表明,防浪林的种植会对行洪水位和流速产生影响,且林带越宽、滩地水深越大,防浪林对河道行洪的影响越大;现状防浪林和设计防浪林对研究区河道行洪水位和流速的影响均很微小,对河道行洪不构成威胁。     

滩地植被对河道水流影响

该文结合实例河道运用环境流体力学代码(EFDC)模型研究滩地植被对河道水流的影响。模型通过建立植被阻力的经验公式,求解准三维水动力学方程,得到河道水流的水动力特征。通过模拟6组不同密度和高度的植被,并对流速和水位进行对比分析,结果表明:有植被存在时滩地水流显著减小。当植被密度600株/m2、高度为20cm时,滩地流速约为0.2m/s,此时河道水位相比无植被抬高0.2m左右;当植被高于1.0m时河道水位增加0.45m左右。研究结果对河道防洪和生态修复管理等有借鉴作用。     

黄河河口三角洲演变的数学模拟

采用经验模型、分析模型和最小功率方法研究河口三角洲演变过程,根据黄河河口三角洲资料,利用三个模型计算了河口三角洲岸线或沙咀宽度及岸线的平均延伸情况及对河口近口段河道水位的影响,比较分析了各模型的计算结果,提出了模型不足之处。     

柔性淹没植被对生态河道洪水波影响研究

为了研究生态河道中的植被对河道水流产生的阻力问题,分析了糙率与平均流速、水深、植被密度之间的关系,总结出柔性淹没植被情况下的糙率公式,并通过数值计算求解一维圣维南方程,从流量、水位、流速三个方面来分析柔性植被对洪水波传播的影响.研究结果表明:植被的存在虽然会增大河床糙率,但当水位和流速增大时,植被对糙率的影响会降低;从糙率对洪水波影响来看,若糙率越大,则流量、流速越小,水位越高.     

周口港弯道码头工程水动力特性

利用三维水动力数值模型,研究修建于弯曲河道凸岸处的挖入式码头工程港池内的水动力特征及其对工程河段行洪流态的影响,分析工程建设对水位、河道断面流速分布规律的影响,以及不同流量条件下港池内流场的变化规律。结果表明,工程建成后,在洪水条件下,主河槽壅水主要出现在弯道出口前的缩窄河段,弯曲河道局部缩窄对水位壅高影响明显。弯道出口段的水位和流速变化幅度高于其他区域,码头前沿局部流速变化幅度较大,可能会引起冲刷,工程建设对弯道出口段影响高于入口段和中段。码头运行工况下,港池内有明显回流产生,但流速较小,可能会产生淤积,影响码头运行。     

秦皇岛海域洪季水动力及污染物扩散数值模拟

基于实测资料验证的秦皇岛近岸海域二维水动力和污染物扩散模型,研究了秦皇岛近岸海域洪季大潮水文条件下的水动力和污染物扩散分布特征,并在此基础上分析了风对秦皇岛近岸海域水动力和污染物扩散的影响.研究发现,秦皇岛近岸海域落潮流为东北(NE)向,涨潮流为西南(SW)向.在渤海夏季风作用下,秦皇岛近岸海域整体水位略有降低;落憩时刻,石河口以北海域流速降低,石河口以南海域流速增加;涨憩时刻,石河口以北海域流速略有增加,戴河口至滦河口间海域流速降低.化学需氧量(COD)扩散方向与涨落潮方向一致,涨落憩时刻,COD浓度均在滦河口以南海域降低,洋河口以北海域增加.     

河口堵海水利工程经济效益分析方法——(参加珠江三角洲河口某堵海工程经济效益调查的一些体会)

河口三角洲地区土地水利资源丰富,但农业生产受海潮或害、洪水涝灾等影响也很大。在河口筑堤是防止某些自然灾害的重要技术措施之一。但这种工程引起自然条件的变化,既有利于生产的一面,也有不利于生产的付作用,因此在施工前后进行经济效益分析,权衡利弊得失是十分重要的。根据这次调查工作的体会,这项工作的须分以下四个步骤进行:一、分析筑堤后附近河道水文特征的变化     

河道人工湿地的构建及其对河道水流的影响

提出了河道人工湿地的构建方法:在河道两侧的滩地上,每间隔一段距离设一弦长为S、弓高为B、高程在正常水位以下0.5 m的圆弧形扩展段,且扩展段于河道两侧呈犬牙交错状布置,洪没枯出形成旱湿交替的人工湿地场.采用三维湍流数值计算和分析方法,优化确定河道人工湿地断面的主要参数S和B,使人工湿地内获得了最佳水流条件.算例模拟计算表明,河道人工湿地床体主要构建参数的最优值为S=2.0D,B=0.7D(D为河道口宽).从河道流场、断面平均流速沿程分布及垂线平均流速横向分布3方面分析了人工湿地对河道水流的影响.分析结果表明:人工湿地构成后,整体河道会形成缓变与急变交错的流态;人工湿地段断面平均流速明显衰减;湿地与河道主槽内的水流流速差异较大.     

珠江河口岸线变化对潮动力的影响

为研究珠江河口岸线变化对潮波特征的影响,基于D-Flow FM(Delft 3D-flow flexible mesh)建立珠江河口二维水动力数值模型,模拟的水位、流速流向结果与观测数据吻合良好。利用T_TIDE对模型结果进行调和分析,通过振幅比、相位差和潮能通量探讨岸线变化对潮汐动力特征的影响。结果表明:珠江河口半日分潮M_2的振幅和1/4日分潮M_4的振幅总体均呈增大的趋势,潮能通量呈减小的趋势。珠江河口整体表现为潮汐不对称加剧,涨潮占优增强。岸线变化通过影响径流作用、河口形态、浅水效应和潮能辐聚作用,影响珠江河口的分潮振幅、相位、潮汐不对称和潮能通量等潮汐特征。由岸线变化带来的潮汐振幅增加、潮汐不对称性加剧和涨潮占优趋势加强,可能会导致风暴潮等沿海灾害和严重的淤积问题。     

长江河口水位上升对流场和盐水入侵的影响

基于长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式ECOM-si,通过数值模拟分析长江河口水位上升对径流、潮流和风生流的影响,以及在多种动力因子综合作用下对流场和盐水入侵的影响.数值实验结果表明,在长江河口水位上升30 cm的情况下,各河道横截面面积增大,向海的径流流速减小;潮流随水深增深略微增大;枯季北风作用产生的北港进、南港出的水平风生环流加强,在北支向陆的风生流有所加强.水位上升后,北支盐水入侵增强;南支中段盐度变化不明显;北港、北槽盐水入侵随水位增加变化最为显著,小潮期间盐度增大值大于1,大潮期间增幅有所降低,北港北汊受水深增加盐水入侵变化最为强烈;南槽口门处滩地由于水位增加,非线性效应减弱,盐度不同程度的降低.水位上升后南支水源地三个水库取水口盐度均有所上升,减少了可取水时间,不利于供水安全.     

绘制天然河道水面曲线的一种图解法

对于一般的平原河道,由于流速较小,在绘制河道水面曲线时常忽略流速水头的影响。但对某些流速较大的山区河道,流速水头的影响则不能忽略。考虑流速水头影响的河道水面曲线计算方法可用试算法或图解法,而以后者较为简便。目前工程中常用的图解法,例如艾斯考菲法、艾兹拉法及扬远东法等,虽然求水位时的图解方法比较简便,但在制备图     

养殖砂滤池水力特性初步研究

循环水养殖是渔业工厂化养殖的重要模式之一,砂滤池运行效果对养殖水质起着重要作用。本文采用物理模型试验,针对石英砂砂滤池的水力学特性进行了研究。探究了不同滤层厚度、不同滤料粒径、不同水位高度对滤池中垂向流速的影响。通过处理和分析试验数据,拟合出砂滤池各水力因素与流速的数学表达式,进而为砂滤池设计提供科学参考。研究结果表明:水位高度增加,流速增大。高水位时,流速变化快,低水位时,流速变化慢;滤料粒径和滤层厚度对砂滤池中垂向流速的影响同时受水位高度的影响,模型试验得出水位高度的影响临界值为50 cm;滤料粒径为3~4 mm以及滤层厚度为40 cm相比其他组次试验结果,滤池流速达到最大,可作为工厂化养殖砂滤池的设计参数。     

天然河道水面线计算中起推水位的确定

河道水面线推算时,起推水位对上游断面水位的影响是有范围的。文章分析了起推水位对上游水位的影响范围,提出在工程设计中,可将起推断面向下游延长一段距离,利用下游临界水位作为起推水位向上游推算设计河段的各断面水位。     

基于对应分析法的北京密怀顺地区地表水回补地下水环境影响评价

为探究地表水回补地下水对地下水水资源和水环境的影响,本文以北京密怀顺地区南水北调水回补地下水工程为例,利用对应分析法分析了回补后11个监测井的地下水水位和水质的变化特征.研究结果表明:1)2015—2016年间在北京潮白河密怀顺段,南水北调累计向潮白河补水4 413万m³,河道补水后入渗量为4 362.2万m³,占总调水量的94%;2)地下水水位抬升明显,近河道监测井最大升幅达到13.98 m;3)由于回补水质较好,以及包气带和含水层的过滤作用,地下水回补后地下水水质得到改善.本研究结果可为北京市密怀顺地区地表水地下水联合调度提供参考.     

长江浦口段江滩复绿对河道行洪能力的影响

为分析长江浦口段江滩复绿工程对河道行洪的影响,基于MIKE21 FM建立工程区段二维水动力模型,采用Moghadam淹没植被明渠糙率公式模拟植被阻水作用,研究植被对滩面糙率的改变及对行洪阻力的影响。选取水位和流速为观测指标,分析复绿前后滩地、主槽水面线变化和流速分布变化,研究不同流量条件下,植被带对行洪影响能力的影响。结果表明,江滩复绿后,河段上游水位壅高,滩地流速减小,主槽流速增大;滩面淹没水深小于临界水深（1.3m）时,上游壅高随流量增大而增大;滩面淹没水深大于临界水深时,上游壅高随流量增大而减小。     

基于机器学习算法模型的巫山县洪水灾害研究

利用机器学习算法RF模型、K-means模型与ARMA模型,对巫山县范围内12 369条径流河段进行分类预测,研究水文参数在时间序列上的变化规律,探究降雨-径流演变规律;并结合GIS空间可视化技术,综合研究区地理环境,基于RF模型预测洪水致灾范围,分析洪水灾害预测结果的空间特征。结果表明:①RF模型能有效预测降雨-径流演变过程中参数的重要性,当降雨强度为125 mm、150～175 mm时,预测出水位、流速变化率最大;降雨强度为100～175 mm时,预测出流速变化率最为剧烈;②利用ARMA模型预测出河流比降、流量等水文参数回归性最好,较低等级河流所预测参数中,水位、流速变化率最为明显,流量无明显变化。相较于水位变化率,流速变化更为强烈,流速、水位变化率主要集中于等级较高河流;③机器学习算法能有效预测研究区洪水易发程度,在表征研究区水文参数时,水位变化主要集中于西北部、中南部,东北部与中南部水位变化率显著,预测出部分地区水位可升至20 m,处极危险状态。