平面二維水水沙運(yùn)動(dòng)與船舶運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究及其應(yīng)用.pdf

1、在水利工程、港航工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往需要對(duì)工程與河流、航運(yùn)的相互影響進(jìn)行定量的預(yù)測(cè)研究，而預(yù)測(cè)結(jié)果的正確與否，關(guān)系到工程的決策乃至工程的成敗。目前的預(yù)測(cè)研究方法主要包括實(shí)測(cè)資料分析、數(shù)值模擬和實(shí)體模型試驗(yàn)等。實(shí)測(cè)資料分析主要是基于實(shí)際觀(guān)測(cè)資料進(jìn)行分析，但它只能結(jié)合工程興建對(duì)這種相互影響做出定性的結(jié)論。而實(shí)體模型試驗(yàn)及船模試驗(yàn)在80年代以前幾乎是對(duì)這種相互影響做出定量預(yù)測(cè)的唯一途徑，需要耗費(fèi)大量的人力和物力，且試驗(yàn)周期長(zhǎng)。隨著數(shù)值模

2、擬技術(shù)近年來(lái)的迅速發(fā)展，水沙數(shù)值模擬及船舶運(yùn)動(dòng)模擬已經(jīng)成為定量分析的一種主要技術(shù)手段，它具有省時(shí)、省力，耗費(fèi)少及靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文在回顧已有的有關(guān)研究成果基礎(chǔ)上，根據(jù)流體力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)及船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，建立了基于有限元方法的平面二維水流泥沙模型及船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算程序，并應(yīng)用這兩個(gè)模型對(duì)(三峽至葛洲壩)兩壩間通航標(biāo)準(zhǔn)，重慶果園港區(qū)水沙條件及河床演變以及重慶華能電廠(chǎng)取水口取水條件進(jìn)行了研究，解決了相關(guān)的

3、技術(shù)問(wèn)題，并為這些工程的實(shí)施提供了科學(xué)依據(jù)及技術(shù)支撐。
　　 全文共分7章。
　　 第一章系統(tǒng)地介紹了水沙數(shù)值模擬及船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的發(fā)展?fàn)顩r，并指出水流泥沙模型中一些關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題尚未得到很好的解決，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)必須加強(qiáng)水沙運(yùn)動(dòng)基本理論的研究，推動(dòng)水沙數(shù)學(xué)模型的進(jìn)一步發(fā)展。在船舶運(yùn)動(dòng)模擬方面則需解決淺水下水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算模式及方法問(wèn)題，并與虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，使其更符合實(shí)際情況。
　　 第二章介

4、紹了水沙數(shù)學(xué)模型采用的基本方程及有限元離散方法，對(duì)水沙數(shù)學(xué)模型中挾沙力計(jì)算公式選取、河道糙率選取與處理方法進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上建立了二維水沙數(shù)學(xué)模型。
　　 第三章對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的基本方程及離散方法進(jìn)行了研究，介紹了其中幾個(gè)關(guān)鍵的水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算模式，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的計(jì)算程式，并利用2640HP+4×1000T船隊(duì)實(shí)船試驗(yàn)資料對(duì)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析，取得了較好的結(jié)果。
　　 第四章利用第二

5、章中建立的水流模型對(duì)三峽圍堰施工期三峽至葛洲壩兩壩間主要灘險(xiǎn)的水流條件進(jìn)行計(jì)算分析，并在此基礎(chǔ)上利用第三章的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)6種代表船型的過(guò)灘能力進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，確定了各代表船型通過(guò)兩壩間河段的限制流量，并在三峽圍堰旌工期兩壩間的通航標(biāo)準(zhǔn)中得到采用。
　　 第五章利用第二章建立的水沙數(shù)學(xué)模型首先對(duì)重慶果園港區(qū)修建前后的水流條件變化進(jìn)行了研究，明確了果園二期修建在一般情況下對(duì)水流條件影響較小，但在洪水及大洪水時(shí)，會(huì)導(dǎo)致港區(qū)

6、下游明月峽流速明顯增加，對(duì)船舶上行有一定影響；在此基礎(chǔ)上，考慮三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行，進(jìn)行了20年的長(zhǎng)系列泥沙沖淤模擬計(jì)算，結(jié)果表明果園港區(qū)碼頭前沿線(xiàn)位于泥沙淤積體以外，泥沙對(duì)港區(qū)正常運(yùn)行影響較小，所得成果在果園二期和二期擴(kuò)建工程的碼頭前沿線(xiàn)選擇、施工方案制定中得到了應(yīng)用。
　　 第六章利用水沙數(shù)學(xué)模型，對(duì)嘉陵江水土河段華能電廠(chǎng)取水口的位置選擇、取水條件及泥沙淤積影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明推薦的取水口位置選擇合理，不存在泥沙累積性淤積情