沖積河流水力及河床形態(tài)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展,沖積河流的水流泥沙運(yùn)動河床形態(tài)變化的數(shù)值模型顯得日益重要并在工程中廣泛應(yīng)用,眾多的一維、二維水沙模型成為實(shí)驗(yàn)和原型工程分析、設(shè)計及管理等方面的有效工具.本文針對不同問題的特點(diǎn)及要求,建立了三個不同的數(shù)學(xué)模型研究沖積河流的河床形態(tài)變化機(jī)理.首先建立了一維數(shù)學(xué)模型研究順直河道的河床沖刷及河床粗化過程.模型考慮了非均勻床沙,河床形態(tài)的時間空間變化過程.結(jié)果表明:沖積河流的沖刷及床沙粗化過程與水力、泥沙特性有關(guān),用水槽資料進(jìn)

2、行模型驗(yàn)證,計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合較好.論文第二部分運(yùn)用流管模型(GSTARS2.1)研究底格里斯河摩蘇爾大壩下游河段河床沖刷及床沙粗化.GSTARS2.1適合于定床、動床水沙演進(jìn)模擬、準(zhǔn)二維、準(zhǔn)三維的河床變化,在泥沙處理方面考慮了分組泥沙、平衡與非平衡條件下的床沙粗化過程.用實(shí)測資料進(jìn)行了沖刷及床沙粗化驗(yàn)證,結(jié)果標(biāo)明:研究河段的河床沖刷下降及床沙粗化的速率很小,近壩下游河段河床下降了0.5m,在摩蘇爾市河床下降了0.1m,在摩蘇爾大壩下游

3、附近河段河床粗化明顯,隨著床沙粗化.論文第三部分應(yīng)用水深平均的二維水動力泥沙數(shù)學(xué)模型(CCHE2D)研究沖積河流的水沙運(yùn)動及河床形態(tài)變化.模型計算研究兩個算例,首先研究了沖積河道曲率和床面橫向坡度對不同水流條件下水流運(yùn)動和河床形態(tài)特性影響,然后將模型運(yùn)用于贛江南昌生米大橋?qū)λ鬟\(yùn)動特性影響及河段航道條件的影響.計算結(jié)果表明:在彎曲河道凹岸、凸岸存在明顯的水位差,該水位差隨流量、曲率及橫向坡度增加而增大,凹岸的流速大于凸岸值并隨凹凸河床橫

4、向坡度增加而增大.對床面沒有橫向坡度的彎道,在彎頂處,凸岸流速大于凹岸,自彎頂向下游,凹岸流速增大,在彎道出口凹岸流速大于凸岸.在河道曲率為180°時且床面存在橫向坡度,河道凹岸沿程泥沙淤積,河道凸岸從進(jìn)口到彎頂河床沖刷,彎頂以后泥沙淤積.在床面沒有橫向坡度時,從進(jìn)口到彎頂凸岸河床沖刷,彎頂以后泥沙淤積.在曲率為90°時,河道凸岸從進(jìn)口到彎頂河床沖刷,彎頂以后泥沙淤積.在順直河段,河床有所沖刷,沖刷強(qiáng)度大于彎道情況.沖刷及淤積率隨流量和