水库坝区冲刷漏斗的形成机理

第４９卷第２期２０１５年２月浙　江　大　学　学　报（工学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１５收稿日期：２０１４０８０２．浙江大学学报（工学版）网址：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．

ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１０９００９，５１２０９０１７，５１３３９００１，５１０３９００３），国家“十二五”科技支撑计划资助项目

（２０１３ＢＡＢ１２Ｂ０４）．

作者简介：胡德超（１９８２—），男，高级工程师，从事河流数值模拟研究．Ｅ‐ｍａｉｌ：ｈｕｄｃ０４＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８‐９７３Ｘ．２０１５．０２．０１０

水库坝区冲刷漏斗的形成机理

胡德超１，池龙哲２，杨　琼３，王　敏１

（１．长江科学院河流研究所，湖北武汉４３００１０；２．浙江广川工程咨询有限公司，浙江杭州３１００２０；

３．浙江省水利河口研究院，浙江杭州３１００２０）

摘　要：为阐明水库冲刷漏斗的形成机理，开展坝区泥沙淤积的三维数值模拟研究．三维水沙数学模型使用平面非

结构、垂向ｓｉｇｍａ网格和θ半隐、欧拉‐拉格朗日追踪等数值方法，具有良好的复杂边界适应能力和计算稳定性．根

据一、三维数学模型对比计算分析，确定三维数学模型的参数；在此基础上，采用三维数学模型模拟完整的水库坝

区泥沙淤积过程．模拟Ｋａｒｏｔ水库坝区２０ａ的泥沙输移与淤积过程，得到了坝区水沙因子和河床冲於分布．结果表

明：水库中泥沙主要沿着主流通道输运和淤积，与此同时，在该通道两侧、出流孔前平面环流的作用下折射挟沙水

流形成集中淤积；随着水库运行年限增加，库区的高滩深槽逐步向水库出口推进，在坝区两侧集中淤积体之间、出

流孔口前逐渐形成冲刷漏斗．

关键词：水库泥沙；刷漏斗；三维水沙数学模型；并行计算

中图分类号：ＴＶ１４３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８９７３Ｘ（２０１５）０２２５７０８

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｓｃｏｕｒｉｎｇｆｕｎｎｅｌｂｅｆｏｒｅｄａｍｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒ

ＨＵＤｅ‐ｃｈａｏ１，ＣＨＩＬｏｎｇ‐ｚｈｅ２，ＹＡＮＧＱｉｏｎｇ３，ＷＡＮＧＭｉｎ１

（１．ＲｉｖｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＣｈａｎｇｊｉａｎｇＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ４３００１０，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈｅｊｉａｎｇＧｕａｎｇｃｈｕａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２０，Ｃｈｉｎａ；３．ＺｈｅｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃｓａｎｄ

Ｅｓｔｕａｒｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆａｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｃｏｕｒｉｎｇｆｕｎｎｅｌ，ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅａｄａｍｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇａ３Ｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅｌｕｓｅｄａｎｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ，ｓｉｇｍａｇｒｉｄ，ｗｈｉｃｈｆｉｔｔｅｄｗｅｌｌｃｏｍｐｌｅｘｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｏｆｒｅａｌｒｉｖｅｒｓ．Ｔｈｅθｓｅｍｉ‐ｉｍｐｌｉｃｉｔｍｅｔｈｏｄ，Ｅｕｌｅｒｉａｎ‐Ｌａｇｒａｎｇｉａｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｔｏｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｔｈｅｇｏｖｅｒｎｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈｍａｄｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓｔａｂｌｅ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅｌｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅ１Ｄａｎｄ３Ｄｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｂｅｆｏｒｅｔｈｅｏｒｉｆｉｃｅｓｏｆａｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗａｓｔｈｅｎｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅｌｗｉｔｈｃａｌｉｂｒａｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆ２０‐ｙｅａｒｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｔｈｅｄａｍｏｆｔｈｅＰａｋｉｓｔａｎＫａｒｏｔｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｆｌｏｗｓ，ｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔ：（１）ｉｎａｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｉｓｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｓｉｎｔｈｅｍａｉｎｃｈａｎｎｅｌ，ａｔｔｗｏｓｉｄｅｓｏｆｗｈｉｃｈｉｎｔｅｎｓｉｖｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｒｅｆｒａｃｔｉｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔ‐ｃａｒｒｙｉｎｇｆｌｏｗｓｏｃｃｕｒａｌｏｎｇｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｏｒｉｆｉｃｅｓ；（２）ｗｉｔｈｔｈｅａｇｉｎｇｏｆｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｔｈｅｈｉｇｈｆｌｏｏｄｐｌａｉｎａｎｄｄｅｅｐｃｈａｎｎｅｌａｒｅｇｒａｄｕａｌｌｙａｄｖａｎｃｅｄｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｏｒｉｆｉｃｅｓ，ｔｈｅｓｃｏｕｒｉｎｇｆｕｎｎｅｌｉｓｔｈｅｎｆｏｒｍｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｂｏｖｅｉｎｔｅｎｓｉｖｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｎｄｂｅｆｏｒｅｔｈｅｏｒｉｆｉｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｓｃｏｕｒｉｎｇｆｕｎｎｅｌ；ｔｈｒｅｅ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ；ｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇ