复式断面河道水流泥沙数值模拟

建立了复式断面河道一维扩展水流、泥沙数值模型,并且对阳泉治理河段的水流、泥沙情况进行了计算。计算结果与试验结果相比符合较好,说明了一维扩展水沙模型在实际工程上应用的可行性     

位山灌区输沙渠泥沙运移特性研究

以山东省聊城市位山灌区东输沙渠为例,以控制渠道泥沙淤积为目标,基于水力学模型MIKE 21构建相应的平面二维水沙模型,根据水流特性(流速与水位)、泥沙纵向特征及淤积总量特征对泥沙运移特性进行探究,并设计典型工况对水流特性及泥沙淤积分布规律进行模拟预测,筛选保水输沙的最佳方案。结果表明：水流与泥沙模型具有较高的精度,可适用于研究输沙渠泥沙运移特性;渠道流速、水位沿程变化趋势相似,渠道内的泥沙随着流量增大而显著减少,在流量为40 m³/s时,水流可以达到冲沙目的并且不会冲刷渠底。     

流域泥沙过程机理分析

黄土高原地质地貌复杂，是黄河流域的主要泥沙源区，并以黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区为代表．沟壑区的不同部位具有不同的侵蚀产沙现象，并在不同的空间尺度上表现出迥异的水沙运动规律．为此需将流域分为坡面与沟道两大系统分别研究，本文描述坡面侵蚀产沙、沟坡区重力侵蚀和沟道水沙运动的主要现象，分析各水沙过程的主要机理．揭示出可依据坡面径流建立坡面侵蚀产沙模型；根据水流的诱发作用，用沟坡土体失稳的随机力学模型模拟沟坡重力侵蚀；考虑影响水沙运动的多种要素，建立沟道系统的高含沙水沙模型．流域泥沙过程机理的研究为建立符合实际物理图景的水沙模型系统，完成流域泥沙过程模拟提供基础。     

基于泥沙随机交换过程及不同推移形式的推移质输沙公式

针对推移质输沙率公式难以兼顾高、低输沙强度计算的不足,提出结构上考虑推移质泥沙滑移及跃移特征的输沙率计算公式.基于无后效Markov随机理论,通过改进泥沙状态转化概率矩阵,优化了泥沙随机交换过程的描述.综合考虑床面遮蔽、水流脉动特征及床面泥沙运动特征的影响,从理论受力分析及概率统计角度,确定了床面推移质泥沙数量.通过引入推移质泥沙滑动、跃移平均运动速度,建立基于泥沙随机交换过程及不同推移形式的推移质输沙公式.最终计算结果与不同输沙强度下的试验及现场实测结果吻合较好,表明公式能兼顾高、低推移质输沙强度的计算,可应用于工程分析.     

三盛公水库运用对下游河道输沙的影响

通过建立一维水沙数学模型,分析了不同下泄流量与含沙量条件下三盛公水库下游河道的水沙输移规律,统计了河道的含沙量、累计冲淤量和河段沿程冲淤量,并计算了河道单位长度冲淤量,定量分析了不同河段的冲淤特点。结果表明：流量相同的条件下,进口含沙量越大,河道沿程淤积量和累计淤积量越大,但水库下游100km后水体含沙量逐渐趋于一致,与进口含沙量无关;水库的下泄流量和含沙量对下游河道的冲刷和淤积影响明显,下泄含沙量不大于3kg/m3时,下游河道以冲刷为主;水库至三湖河口河段冲淤变化受上游来水来沙条件影响明显,该河段冲淤平衡来沙系数在0.004kg·s/m6附近。     

晋江流域河道水库最小生态需水量计算研究

根据晋江流域的特点，对该地区改善河道水环境的生态需水量、保证山美水库水质达标的生态需水量以及满足河道生态用水比例，分剐采用径污比计算法、水体允许纳污量计算法进行了计算。得出了晋江流域东溪永春段的生态需水量为20．9～24．4m^3／s；东溪南安段的生态需水量为12．9～15．5m^3／s；西溪安溪段的生态需水量为23．8～38．8m^3／s；西溪南安的生态需水量为7．8～8．1m^3／s。综合考虑用水和需水两方面的情况，计算得到的晋江流域河道内生态用水比例值达30％以上。可满足河道内生态需水比例的要求，为保证山美水库水体水质达标，在现有排污量条件下，山美水库来水量应保证在2．0亿m^3。     

河道三维错层的水流泥沙数学模型

应用垂向坐标变换,结合水平有限元、垂向有限差分的分层方法建立了河道拟三维水流泥沙数学模型．对过流断面变化剧烈的河段提出了错层计算方法,弥补了同层网格垂向落差较大的分层模型缺陷．利用水流泥沙理论解对模型计算结果进行了验证．采用该模型对海河下游河段穿河隧道施工过程中主体隧道悬浮于主流区时的水流泥沙情况进行了数值模拟,流速模拟结果与半理论半经验公式估算结果基本一致,为明渠流和河道中悬浮建筑物下压力流的混合计算提供了一种新的计算方法,拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用空间．     

柳河流域悬移质泥沙颗粒特征分析

为了探索流域悬移质泥沙变化特征及其与含沙量问的关系，选用柳河流域水文站泥沙观测数据进行分析。结果表明，由于沙源不同，非汛期悬移质泥沙粒径一般大于汛期，在流域上、下游d50随含沙量分别表现出增大和减小的趋势。在泥沙的分选沉降作用下悬移质泥沙粒径一般为上游大于下游。在上游，d50、大于0．05mm沙重百分数随含沙量的增大而减小，后又增大，小于0．01mm沙重百分数情形相反。在下游也可得出类似变化关系，但d50、大于0．05mm和小于0．01mm沙重百分数随含沙量变化的转折点不同。     

延河流域泥沙连通性对土地利用变化的响应

泥沙连通性是表征泥沙在地貌单元间物理级联关系的重要参数,探讨其对土地利用变化的响应,对揭示流域内部水沙动态以及不同土地利用类型的水土保持效应具有重要意义。基于延河流域1990—2019年土地利用与径流输沙量等数据资料,结合连通性指数(index of connectivity, IC)分析土地利用变化对泥沙连通性时空分布的影响及与径流输沙量的关系。结果表明：1)近30年来,延河流域土地利用变化以退耕还林还草为主,加之少量的建设用地扩张。2)1990—2019年,延河流域IC整体呈下降趋势,截至2019年降低17.85%。退耕还林还草和建设用地扩张可有效降低泥沙连通程度,且退耕还林还草具有长期生态效益。3)IC存在明显的空间分异规律,呈现由南向北、由东向西的增加趋势。流域中部是主要退耕还林还草区和建设用地扩张区,也是泥沙连通性明显下降区;流域西北部泥沙连通性较高,且随土地利用变化降幅较小;流域南部泥沙连通性低。4)IC与输沙量之间存在显著正相关关系(P<0.05),适用于流域输沙预测。研究成果可为深入理解流域泥沙输移过程提供科学依据,并为布局和优化土地利用提供参考。     

流域泥沙输移比研究进展

基于对已有泥沙输移比相关研究的总结,探讨了泥沙输移比的定义和作用。根据泥沙输移比的内涵,结合影响泥沙输移比的因素,分析了泥沙输移比的计算方法。基于国内外泥沙输移比计算的实例,总结了主要流域泥沙输移比数值的变化范围。目前泥沙输移比计算仍以对流域侵蚀和输移数据的统计分析为主,由于对泥沙输移比的理解有所不同,不同研究获得的计算公式形式多样,且往往针对具体的研究区域,适用性差。如何构建适用局部较大区域的泥沙输移比计算公式仍是今后需要解决的难题之一。     

甬江和口外金塘水道水沙特性及悬沙输移分析

根据甬江和口外金塘水道2010年7月实测水文泥沙资料,对水动力、泥沙特性和悬沙输移进行了分析。结果表明,在甬江口及其附近水域潮差较小,潮流强,呈往复流;甬江河道自上游向下游含沙量逐渐增大,金塘水道北部水域含沙量大于南部水域,泥沙主要来自北部的长江口及杭州湾。     

黄土丘陵区小流域产沙数学模型

本文按自然流域划分子流域,用“Open books”方法将子流域概化分区,根据不同区域土壤侵蚀和产沙特点,应用水文学、泥沙运动力学的基本理论建立了具有物理成因的概念性产沙数学模型,用陕北桥沟小流域实测水沙资料验证,成果具有一定的精度.本模型能模拟泥沙的时空变化过程,因而,便于客观地进行水土保持效益计算,可为小流域综合治理或规划提供决策依据.     

二维水库水流泥沙数值模拟

根据水库的水沙运动特点及库区地形条件,考虑悬移质和推移质运动,建立了二维水流泥沙数学模型。网格单元用拉普拉斯方程和代数方法生成,模型方程用有限元法离散求解。利用水槽试验资料和水库实测资料进行模型验证和稳定性分析,结果表明：计算的断面流速分布、流场和河床变形与实测结果基本吻合。     

基于SWAT模型的晋江西溪流域产沙模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,对东南沿海晋江流域1972-1979年的年、月产沙进行模拟,选取相对误差RE,绝对误差MD,效率系数Ens,决定系数R2等4个指标用于模型适用性评价,并利用模型输出结果进行流域水土流失空间差异研究.研究结果表明该模型适用于东南沿海流域的产沙模拟,且精度较高;模型在降水量大的情况下,模拟的精度较高;西溪流域在模拟期内轻度侵蚀面积和中度侵蚀面积广布,分别占研究区总面积的46.0%和45.4%.     

悬移质泥沙运动过程模拟分析

为了实现悬移质泥沙运动过程的模拟分析,应用联合k-ε紊流方程和悬沙输运方程的单流体模型,采用有限体积数值方法对其离散求解,分别对净冲刷和净淤积试验算例进行了计算模拟,计算结果与试验结果吻合良好,说明该模型是正确有效的,可以用来模拟悬移质泥沙的运动问题.分别对两个试验中泥沙上扬和沉降的运动过程进行数值模拟,结果表明:净冲刷和净淤积试验中泥沙开始上扬和沉降直至稳定状态分别运行24 s和35 s.采用单流体模型可以有效地对悬移质泥沙运动过程进行数值模拟,为河流海岸工程中的水沙研究提供可靠的参考和依据.     

螺旋流冲沙与输沙

水土流失与泥沙淤积是一个普通性的问题,水库泥沙严重淤积的原因是上游无永久有效的水保措施而自身又无完善的冲沙与输沙的设施,压力缝隙螺旋流具有流速高,水层薄,切力大,流程长,以及有利的压力分面等特点,可被应用于中冲刷淤积泥沙,在２ｍ水头下,其浓度可达４００～９００ｋｇ／ｍ＾３水平管螺流可应用“抬托”泥沙,使推移质容易地转变悬移质,从而可大幅度低流速,减小能被;为高浓度,低能耗,远距离输送泥沙提供一种新     

大丰港深水航道潮流泥沙数值模拟

深水航道开挖后回淤问题一直困扰航道建设和港口发展的突出问题.建立大丰港深水航道水沙数学模型,通过实测资料对模型进行验证,研究深水航道实施后的潮流泥沙运动规律,分析流场特征和航道淤积分布,探究航道在极端天气下骤淤情况.得到如下结论:航道内水流流态平顺;航道年回淤强度为0.31～1.93 m/a,年平均回淤强度为1.32 m/a,总淤积量为1199.2万m3;极端大风条件下,航道7 d平均回淤强度低于0.10 m,辐射沙洲的掩护作用以及航道内水动力较为强劲,且主流向与航道轴线基本一致,航道并未出现严重的碍航骤淤现象,但应注意大风带来的局部航段回淤问题,尤其是与航道交角较大的风向给航道淤积带来的影响.     

海口分层流中的泥沙输运计算

本文展示了一个计算泥沙输运过程的三维数值模型,此模型的特点在于较准确地计入凝絮及河床侵蚀对于泥沙沉淀过程的影响,关于凝絮及侵蚀的定量计算模型已为大量实验所验证,且是首次被结合运用于三维输运计算。文中对于海湾区域的泥沙输运进行了数值研究,第一闪通过定量计算评实了所谓最大浑浊区的存在,并研究了影响其形成及强度的几个因素,这些计算结果不仅评实了数值模型的有效性,而且显示了其在泥沙输运研究方面的作用与潜力     

非对称复式断面明渠中污染物混合输移的数值模拟(Ⅱ)——二次流对异质扩散的影响

运用L-Y雷诺应力模型及对水面和固壁边界条件进行有效的处理，结合混合有限分析法数值模拟了复式断面明渠二次流流动及污染物的运移，探讨了沿自由水面横向和垂向的浓度及雷诺传质分布规律，分析了二次流对浓度扩散和紊动传输的影响．