非淹没丁坝附近三维水流运动特性的研究
(13)
由此可给出自由水面以下单元速度和压强的边界条件 自由水面以上单元的速度等于自由水面处的速 度 自由水面以上单元的压强由自由水面处压强为大气压强及自由水面以上压能和位能为常数来确定 即 可得到自由水面单元以上边界条件为
u
1 i + , j , k +1 2
= us 1 ,
i+ , j 2
(14)
[ ]
(2)
式中
p
ρ
t
,p为压强
为水的密度 u为滤波后得到的 l=1,2,3
大尺度速度
g为重力加速度
为涡黏性系数
涡黏性系数采用Smagorinsky模型
vt=(fCS 式中 CS为系数 对于明渠流 一般取CS=0.1 z分别为x y
)|S| 的计算采用文献[7]的计算方法
(3)
S = 2 S lm S lm
水 利 学 报
2004 年 8 月 文章编号: 0559-9350 (2004) 08-0046-08 SHUILI XUEBAO 第8期
非淹没丁坝附近三维水流运动特性的研究
周宜林1
(1.河海大学 水利水电工程学院
道上正规2
桧谷 治2
日本国鸟取市 680-8552)
江苏 南京 210098
2.鸟取大学 土木工程系
式中
(6)
~ 为速度中间值 u l
计算n+1时间步长的速度和压强 计算方程写作
3
第二步
水 利 学 报
2004 年 8 月 SHUILI XUEBAO 第8期
(u ) (P )
式中 N为迭代次数 计算顺序为 程3 稳定 为系数
n +1 N +1 l
~ −u l
∆t
n +1 N +1
3 δ P n +1 =− δx l 2
s
XUEBAO
第8期
式中
h为自由水面高程 u
v
s
w 分别为自由水面纵向 即 Ps=Pa
s
横向
垂向速度
自由水面处的压强等于大气压强
式中 Ps为自由水面处压强 Pa为大气压强 1.2 数 值 方 法 1.2.1 大涡模拟方程 本文的计算网格为交错 网格 速度分量u v w位于单元表面中心 压 强P位于单元中心(见图1) 差分方程具有守恒 特征 控制体的选择取决于所考虑的方程 对 于连续方程 控制体中心位于点(i,j,k) x方 向动量方程的控制体中心位于点 i + y方向动量方程的控制体中心位于点
∂u l =0 ∂xl
动量方程
(1)
∂u l ∂ (u l u m ) ∂P ∂ [2(v + vt )S lm ] + = gl − + ∂t ∂x m ∂xl ∂x m S lm = 1 ∂u l ∂u m + 2 ∂x m ∂xl
(单位质量)水体压强 P = 为清水运动黏滞系数
对丁坝水流数值模拟结果进行分析
自由水面确定方法比原来的MAC方法更准确 固体壁面处流速按照无滑移边界条件给出 面高程边界条件确定如图3所示 计算公式为 自由水
ho = 3(h1 − h2 ) + h3
(17)
图3 自由水面高程边界条件
由于计算程序中增加了直角坐标网格自动生成功能 对于自由水面变化较大的阶段 每计算一步 根 据给定的固体边界条件和自由水面位置 采用网格自动生成程序(在计算领域内生成单元)并对单元属性进 行划分 确定单元为固体边界单元 空气单元或水体单元 数值模拟计算中 仅对水体单元按照大涡模拟 方程进行求解
图2 截面j处自由水面速度和压强边界
u s 1 = 0.5(1 + cu )cu u
i+ , j 2
1 i + , j ,k −2 2
− (2 + cu )cu u
1 i + , j , k −1 2
+ 0.5(2 + cu )(1 + cu )u
1 i + , j ,k 2
(11)
wis, j = 0.5(1 + cw )cw w
H
式中:n为差分时间步长
n l
δ (u l u m ) δτ lm = − + + gl δx m δx m
lm
n
为差分算子
=2(
+
t
)Slm
采用二阶精度的方法 计算速度时间积分为
~ − un 3 u 1 1 δP n l l = H ln − H ln −1 + , ∆t 2 2 2 δx l
(
)
(
)
(9)
其中自由水面速度
根据1.2.1节得到的速度场 插值确定
计算方法见1.2.3节
对于时间积分 采用Adams-Bashforth方法计算n+1 时间步长的自由水面高程
1 n n +1 n hin, + j = hi , j + ∆t 1.5Gi , j − 0.5Gi , j .
(
)
(10)
n +1 N
(
)
N +1
(7)
= P
(
)
u ln +1 − β δx l
N
(8)
由式(8)计算流场中各点压强
由式(7)计算流场中各点速度 当β <
重复
计算过
4次 直至前后2次计算误差较小为止 由Von Neumann傅立叶分析可知
∆x 2 时 式(8)计算 9∆t
1.2.2 自由水面运动方程 丁坝附近自由水面波动非常大 自由水面运动方程具有非线性特征 如果数值 精度较低 数值方法将会不稳定 本文中自由水面运动方程求解方法为有限差分近似 空间项采用中心差 分格式 时间项为二阶差分格式 式(5)右边可写作
非淹没丁坝对水流运动影响较大 Nhomakorabea式的丁坝对水流的影响差别不大 相对而言 大涡模拟 TV863 交错网格 中图分类号 文献标识码
下挑丁坝对坝头防护效果较好 自由水面
随着对河流特性认识的深入 人们已经采用各种措施治理河流 其中沿河(两岸)设置丁坝是一种传统 的和比较有效的治河方法 丁坝主要用于护岸 导流 维护航道等 非淹没丁坝在国内外河流中有较多的 具体应用 尤其在黄河中游 为了保护河岸和控制河势 沿河两岸布置了很多组丁坝群 在长江口几十公 里的河段内 为了增大航深 设置了非淹没丁坝 在美国密西西比河 采用丁坝对河道进行整治 在日本 许多中 小河流上均设有丁坝 丁坝设置后 丁坝附近水流运动特性将发生变化 由此必将引起丁坝附近的局部冲刷和淤积 影响主 流位置和流向 河道演变等 丁坝附近水流具有三维特征 副流明显存在 丁坝附近的冲刷和淤积与水流 的这种特征有关 因此 研究丁坝附近三维水流运动 不仅可以搞清丁坝附近水流特征 而且为河床演变 分析(数值模拟)打下基础 还可以为丁坝设计和施工提供依据 目前已有一些二维 三维雷诺湍流模型模拟丁坝附近水流运动 在这些数学模型中 一般采用雷诺平 均的纳维埃 斯托克斯方程(简称雷诺方程) 由于封闭雷诺方程的紊流模型很难建立大 小尺度统一的模 型且丁坝附近水流具有三维特征 存在不同尺度的涡体 所以雷诺方程较难得到与实验一致的流速分布 [1 2] [3 4] 其中零方程模型 模拟结果与实验存在较大的差距 二方程模型 模拟结果虽接近实验结果 但模型中 参数众多 计算复杂 实际应用范围受到限制 不管是零方程模型还是二方程模型 显然三维数学模型 比 二维数学模型更能够反映实际情况 提供更多和更准确的流动信息 因而研究三维数学模型意义更大 应用大涡模拟技术研究丁坝附近水流运动的成果较少 大涡模拟是通过模化流场中中 小尺度(涡体) 运动 得到小尺度应力(subgrid-scale stress) 然后求解大尺度(涡体)运动 因此 从求解技术可行性 来说 大涡模拟是一种更加科学的数学模型 本文即采用大涡模拟手段 对非淹没丁坝水流特性进行研究 文中给出数值计算方法 并对数学模型进行了验证 在此基础上 比较了丁坝不同设置角度对水流运动特 性的影响
1.2.3 边界条件 自由水面以上单元速度和压强的边界 条件确定思想是基于MAC方法 定义自由水面上 下单 元的属性 当水面以下速度场和自由水面位置确定后 即可以确定自由水面处的速度 自由水面处的速度计算 按照二次拉格朗日(Lagrange)插值公式 如对于自由水 面速度单元(i,j)(见图2) 具体计算公式为
3
,a2=
2
/
3
,且
1
<
2
<
3
自由水面的确定是三维数学模型研究中一个重要内容 自由水面边界条件包括运动边界条件和动力学 边界条件 自由水面位置的描述采用如下的自由水面运动方程
∂h ∂h ∂h , = ws − u s − vs ∂t ∂x ∂y
(5)
2
水 利 学 报
2004 年 8 月 SHUILI
2 模型验证
2 . 1 试 验 及 计 算 条 件 试验是在长18.0m 宽0.4m [10] 深0.4m的水槽中进行 水槽底坡为1/2500 试验流 3 量为0.015m /s 相应均匀流水深为0.1m 床面摩阻流 速为0.019m/s 在水槽中部设置长10cm 高10cm 厚 1.5cm不透水丁坝 丁坝与水流方向夹角有3种 分别为 60 (上挑) 90 (正挑) 120 (下挑) 试验观测段 长200cm 丁坝位于x=100cm处(见图4) 流速观测仪器 为激光多普勒流速仪 计算网格尺寸 x= y= z=1cm 网格 数为400 44 20
i, j,k −
3 2
− (2 + cw )cw w
i, j,k −
1 2
+ 0.5(2 + cw )(1 + cw )u
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防潮闸闸上淤积原因及对策分析
第１ ８卷 第 ４期 ２１ ０ ２年 ４月
水利 科 技 与 经 济
Ｗ ａ ｅ ｎｓ ｒ ａ ｙ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｃ ｎ ｍｙ ｔｒ Ｃｏ ｅ ｖ ｎｃ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｏ ｏ
Ｖｏ．１ Ｎｏ ４ １ ８ ．
是 滞 后 于水 流 的 运 动 的 。 就 防潮 闸 而 言 ， 闸 下 潮 位 开 当
５ 结 论
本 文 根 据 对 防 潮 闸 上 下 游 河 道 淤 积 物 的 取 样 实 验 分 析 ， 明 防潮 闸 闸上 淤 积 物 主 要 来 源 于河 口 的海 相 泥 沙 ， 证
始下降 ， 进入落潮期时 ， 前期伴 随涨 潮进入 河道 内的泥沙 并非 马 上随潮 位下 降与 落潮 流 同步 输 出河道 ， 者存 在 两
Ａｐｒ ２ ２ ．， ０１
防 潮 闸 闸 上 淤 积 原 因 及 对 策 分 析
闫凤 新
（ 天津 市永 定河管理处 ， 津 天 ３０３） ０ １ １
［ 要］ 通过 泥 沙样本 取样 和 实验 分析 ， 防潮 闸 闸上 泥 沙 淤积 来 源和机 理 进 行 研 究 。 出 摘 对 提 减 少淤积 的相 关措 施 ， 为今后 防潮 闸 闸上 清 淤及 防 淤减 淤提 供依 据 ， 永 定新 河 防潮 闸的合 理 为 调度 运行提 供 参考 。 ［ 关键词］ 水 闸 ； 淤积 ； 重流 异
物级 配代表 了永定 新河河 口泥沙粒径 的级 配参数 ， 取 选
永定新河典型河道泥沙级配曲线见图 １ 。宁车沽防潮闸
Ｈ－ 一 ・ －
—
● 一 Ｙ一 —嘲一 Ｙ． ５ ６
摹
籁
求
ｌ Ⅲ
—
掇７ ｒ ２ ｌ ，
水利 科 技 与 经 济
Ｗ ａ ｅ ｎｓ ｒ ａ ｙ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｃ ｎ ｍｙ ｔｒ Ｃｏ ｅ ｖ ｎｃ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｏ ｏ
Ｖｏ．１ Ｎｏ ４ １ ８ ．
是 滞 后 于水 流 的 运 动 的 。 就 防潮 闸 而 言 ， 闸 下 潮 位 开 当
５ 结 论
本 文 根 据 对 防 潮 闸 上 下 游 河 道 淤 积 物 的 取 样 实 验 分 析 ， 明 防潮 闸 闸上 淤 积 物 主 要 来 源 于河 口 的海 相 泥 沙 ， 证
始下降 ， 进入落潮期时 ， 前期伴 随涨 潮进入 河道 内的泥沙 并非 马 上随潮 位下 降与 落潮 流 同步 输 出河道 ， 者存 在 两
Ａｐｒ ２ ２ ．， ０１
防 潮 闸 闸 上 淤 积 原 因 及 对 策 分 析
闫凤 新
（ 天津 市永 定河管理处 ， 津 天 ３０３） ０ １ １
［ 要］ 通过 泥 沙样本 取样 和 实验 分析 ， 防潮 闸 闸上 泥 沙 淤积 来 源和机 理 进 行 研 究 。 出 摘 对 提 减 少淤积 的相 关措 施 ， 为今后 防潮 闸 闸上 清 淤及 防 淤减 淤提 供依 据 ， 永 定新 河 防潮 闸的合 理 为 调度 运行提 供 参考 。 ［ 关键词］ 水 闸 ； 淤积 ； 重流 异
物级 配代表 了永定 新河河 口泥沙粒径 的级 配参数 ， 取 选
永定新河典型河道泥沙级配曲线见图 １ 。宁车沽防潮闸
Ｈ－ 一 ・ －
—
● 一 Ｙ一 —嘲一 Ｙ． ５ ６
摹
籁
求
ｌ Ⅲ
—
掇７ ｒ ２ ｌ ，
丁坝附近湍流的二维数值模拟
）
式中： 为水深 ， Ｕ和 分别 为 和 Ｙ方 向垂线平 均 的水平 流 速分 量 ， 重力 加速度 ， 和 分别为 方 向的河底坡 度 ｇ为 ｓ 和摩 阻坡 降 ， 和 分别为 Ｙ方 向 的河 底坡度 和摩 阻坡 降。 Ｓ 和 的计算 式为 ：
＋ Ｉ — ￣ ２ ｖ２ ，Ｃ Ｃ ￣ ２ ｖ２ “ ５ ＝ ｆ ｕ ｆ ｕ＋
Ｏ ｘ ＝ ｘ Ｏ
＋
Ｏ ）＋ （ｋ ｐ
Ｏ ｘ
＝
ｃ
一
， ｃ。 ＝ ． ２， ｃ ４
＝ ． ｓ， 叼 ６
＝
１ 数学模 型
１ １ 控 制 方 程 ．
（ ２
＋
，＝ ｛＋） ＝３，０２ Ｏ 券， ４７＝０， １ ． 卢 ． ｕ ｌ ７ １
二维浅水方程在直角坐标下 的表示形 式为 ：
和 分别 是与湍动能 ｋ和耗散率 ｓ对应 的 Ｐａ ｄ 数 。 ｒｎ ｔ ｌ
迎 十
ｄ ０
ｄｙ
上： ０
ｄ ｙ
ｒａ ｌ）
（（ 一 ｓ ）＋
１２ 求解方法 和边界条件 ．
ｄ
＋
本文采用有 限体 积法离散控制 方程 ， 方程 的求解 采用 了
ｓ ｐｅ 法。对 于源项的处理 是 把源项 局部 线性 化 ， ｉ ｌ算 ｍ 即假定
中 图 分 类 号 ： ６７ ９ Ｕ １． １
文献标识码 ： Ａ
丁坝 是 河 道 整 治 、 水 工 程 和 海 岸 防 护 中 常 见 的 水 工 建 取
—
Ｏｈｕ） Ｏ ｈｕ） （ｓ￣ （ ｓ ｙ
—
筑物 ，丁坝修建后使水流 流动缩 窄 ， 产生坝 头分 离流 和坝尾
回旋流 ， 局部 流动 呈强 三维紊 动 特性 。以往 对 丁坝 的研究 ， 主要是依靠水槽 试验 和河工 模 型试 验 ， 丁坝 的 回流尺 度 、 对 流场特性 的确定提 出了很 多概括 的理论 方法 ， 由于所 获流动 信息量少 ， 流场特性了解也就 有限 。随着 计算 机技术 的发 对 展， 利用数值方法 对丁坝绕流问题开展 了研究 。ｊ 。 目前湍流数值模 拟方 法 可以分 为 直接 数值 模拟 方 法和 非直接数值模拟方法 。非直接数 值模 拟方法 分为 大涡模 拟 、 统计平均法和 Ｒ ｙ ｏ ｓ平均 法。李 中伟 等 以流 函数 涡度 ｅｎｌ ｄ 方程为控制方程 ， 模拟 了不同量级下 不 同长 度正 交丁坝 的局 部流场 ； 杨元平 通过 沿水 深方向积分 的平 面二 维水 流运动 方程组 ， 推导 出透 水 丁坝坝后 的 回流区长 度计 算公 式 ； 云 夏 峰等 利 用沿水深平均 ｋ—ｅ模 型 ， 首次 将地形 反 映法用 于 丁坝 的模拟 ， 并较 好地反映了坝前 壅水现象 和过 坝水流 水面 线 的变化 ； 宜林 通 过大涡数 值模拟研 究 了丁坝附 近的水 周 流特性 ； 彭静 等将 非 线 性紊 流模 型 用 于 丁坝 的 流 动模 拟 中， 并与线性模 型进行 比较 。研 究表 明 ， 准 ｋ—ｅ在模拟 障 标 碍物绕流 问题时 ， 回流区尺寸这一 重要 流动参数 的预 报偏 对 低。本文以浅水方程作 为控制方 程 ， 并用 Ｒ Ｇ ｋ一￡模 型来 Ｎ 解决紊动项 ， 通过有 限体 积法离散方 程组 ， 模拟 、 析 了单 一 分 丁坝情况下丁坝附近的流场 、 丁坝坝 后水流 回流长 度等 物理
三维宽浅河道水流数学模型研究
３ ２
中国 工程 科 学
水 面高 程 ； Ｓ为 单 位 水 体 源 汇 密 度 ， 人 为 正 ， 出 流 流 为 负 ； 。， 为 源汇处 设 备 的进 出 口流 速 ； … Ｄ Ｍ 。 Ｄ ， Ｄ 分 别 为各 向紊 动黏 性 系数 。
２ ２ 紊 动粘 性 系数 的确 定 ．
式 中 Ｍ 分 别 为 ， ， ，。 Ｙ 向 流速 值 ； 为 自由 ｚ
［ 者简 介 ］ 丁道 扬 （９ ４一） 男 ， 作 １３ ， 江苏 扬 州 市 人 ， 授 级高 级 工 程 师 ， 导 ， 教 博 主要 从 事 计 算 水 力 学 、 工 水 力 学 研 究 工 作 ； 水
Ｅ —ｍａｌ ｄ ｎ ｄ ｏ ａ ｇ ｈ ｔ ｉ． ｏ ｉ ： ｉ ｇ ａ ｙ ｎ ＠ ｏ ｍａｌ ｅ ｍ
型计 算工 作 量 明显 减 少 ， 仍 反 应 了 紊 动粘 性 系数 它
空 间分布 的差 异 ， 以其 能 较好 地模 拟浅 水 河 道 水 所
流 的三维 特征 。
紊 动粘性 系 数应 是 空 间 的 函数 ，求 解 式 （ ） ２ 首 先 遇到 的 困难 是 如何 确定 紊 动粘性 系数 。对 于浅 水 流 动 ， 然河 底摩 阻力 对 水 流运 动 起 主要 控 制作 显 用 ， 出 。 紊 动 粘性 系 数 之 问 关 系 ， 找 与 由此 就 可 以 确定 紊 动 扩 散 系 数 的 空 间分 布 。根 据 紊 动 粘 性 假 设 ， 动剪应 力 ， 存 在 如下关 系 ： 紊 『
换 和适 体 曲线坐标 变 换 的应 用 ， 致 了求 解 方 程 的 导
ｃ 十 ） ｔ
十
Ｏ ｙ
＋
非线性 化 ， 更进 一 步增加 了计算工 作量 。 文 章研究对 象 是宽 浅 河 道水 流 ， 长 江 中下 游 如
丁坝对弯道水流影响的分析
弯道水流是渠道和河道中常见的一种水流运动现象。自 １７ ８０年 Ｔ ｏ ｐｏ 通过试验首次发现了弯道螺旋 ｈｍ ｓ ｎ 流之后 ， 弯道水流一直受到研究人员 的关注¨ 。无论是 国外还是国内， Ｊ 都对弯道水流的动力特性有一些共性 认识 ， 主要集中在水面横 比降 、 横向环流 、 流速重分布等方面 。在一定范 围内， Ｊ 弯道产生的复杂流动结构及
《 ｏｌ ｅｏ ａｅ ｏ ｓｖｎｙ ｈｎ ａｇＡ ｒ ｕｔｒｌＵ ｉ ｒｔ，Ｓ ｅｙ ｎ １ １ １ ｈｎ ；２Ｃ ｎｅｖｎｙＶ ｎｙＢ ｒａ １Ｃｌｇ Ｗ ｔ Ｃ ｎｅ ａ ｃ ，Ｓ ｅｙ ｎ ｇｉ ｌ ａ ｎｖ ｓｙ ｈｎ ａｇ １０６ ，Ｃ ｉａ ｏｓｒａｃ ａｃ ｕｅｕｏ ｅ ｆ ｒ ｒ ｃ ｕ ｅｉ ｆ
流态会影响河岸稳定 ， 因此需在弯道 险段布置护岸工程 。丁坝是 一种传统 的护岸方 式 ， 国内外应用 的比较广 泛， 相应研究丁坝周 围水流结构 的也很多 ， 弯道水流运动所涉及的物理量往往很多 ， 边界条件复杂多变 ， 很难利
用现有的计算公式直接得到确切的数值解 ， 大多数的研究都是在现有理论的指导下 ， 以实测资料为基础 ， 建立 物理或数值模型， 进行模型试验 ， 由于测量技术的限制 ， 但 对丁坝周围水流流态的研究还没有趋于完整的理论 。 基于此 ， 本研究针对弯道水流特性 ， 在传统丁坝护岸的基础上 ， 采用先进的声学多普勒流速仪对弯道及丁坝附 近的水流流速进行系统的测量 ， 获取有关弯道和丁坝水流的三维信息 ， 从多方面研究 丁坝对弯道水流流态的影 响， 进一步研究丁坝在消除弯道断面环流及调整 、 均化流速分布方面的作用。
ｍｅ ｓ ｎ ｌ ｃ ｕ ｔ ｓＤ ｐ ｌｒＣ ｌｅ ｔ ｔｒ ｈ ａｅ ｕ ｆ ｃ ｒ ｓ ｉ ｕａ ｉｎ ａ ｄ ｒ ｄ ｓｒ ｕｉ ｎ ｏ ｅｏ ｉ ｎ ｃ ａ ｎ ｌ ｅ ｄ ｅ ｅ ｓ ｍｍａ ｎ ｉ ａ ｏ ｓｉ ｏ ｐｅ Ｕ ｎ ｅ ．Ｔ ｅ ｗ ｔｒｓ ｒ ｅｃ ｏ ｓｃｒ ｌ ｔ ｎ ｅ ｉｔ ｂ ｔ ｆ ｌ ｃｔ ｉ ｈ ｎ ｅ ｎ ｓｗ ｒ ｕ ｏ ａ ｃ Ｔ ｍｅ ａ ｃ ｏ ｉ ｏ ｖ ｙ ｂ —
顺直微弯型分汊河道水流的紊动特性试验研究
■ Ｏ
４
和雷诺应 力 等水动 力参数 ． ｉｏＡ Ｖ在每个 测 点 以 ５ ｚ Ｍｃ Ｄ ｒ ０Ｈ 频率采 样 ３ ， ２ 每点共 有 １０ 瞬时数 据 ． 动 能 Ｓ ０个 ６ 紊
｜ ｌ ｃ 用工况 ｌ 的主河道平均流速的平方 ｊ 进行无量纲化处理后记为 ｋ 紊动能定义参照文献［５ ． ， １］
／ Ｒ ｆ， ＼９ 一 Ｒ
图 ２ 横 断 面位 置 （ 位 ： 单 ｍｍ） Ｆｇ ２ Ｌ ｃｔ ｎ ｆ ｒ￣ ｃｏ ｓ（ｎｔ： ｕ ） ｉ． ｏａｉ ｓｏ １ｓ ｅｔ ｎ ｕ ｉ ｎ ｎ ｏ ｃ］ ｓ ｉ ｓ
试 验采 用美 国 Ｓ ｎ ｅ 公 司进 口的 １ Ｈ 声学 多普勒 流速计 Ｍｉ ｏＡ Ｖ测 量水 流 的三维 流速 、 动强 度 ｏＴ ｋ ６ ｚ Ｍ ｃ Ｄ ｒ 紊
（０９ Ｘ ７０ － ６ ２ ０ Ｚ ０ １ ３０ ） ０
作者简介 ：顾莉 （９ １ ）女 ， １８ 一 ， 江苏 盱眙人 ， 讲师 ， 士 ， 博 主要从 事环境水力学研究 ． —ａｌｇｌｃ ｈ ．ｄ ．ｎ Ｅｍ ｉ ｕｉ ＠ｈｕ ｅｕ ｅ ： ｑ
４６ ７
河 海 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
动 动能 大 于两侧 岸边 区域 ． 汉 河道 紊动 能 的平 面分 布 在垂 向存 在差 异 ， 其 在 支汊 前 半 段 ， 紊 动 区 的强 分 尤 高
度 与范 围 明显 不 同 ． 由图 ３ ｂ 和 （ ） （ ） ｃ 可知 ， 层 和底 层 的高 紊 动 区的量 值 均 小 于 中层 ， 中层 与 底层 量 值 相 表 且
第３ ９卷第 ５期 ２１ 年 ９ ０１ 月
河 海 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｏａ Ｕ ｉ ｒ ｔ（ ａ ｒｌ ｃ ｎ ｅ） ｏ ｒａ ｏ ｈ ｉ ｎｖ ｓ ｙ Ｎ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｓ Ｈ ｅｉ ｕ ｅ
采砂河段水流泥沙数值模拟研究进展
采砂河段水流泥沙数值模拟研究进展刘亚婷;尹志刚【摘要】天然河道在采砂活动的作用下,会呈现河道冲刷加剧、河床纵横向大幅下切、河道断面面积显著增大的状态,导致床沙量大大减小.由于河床演变规律复杂、趋势难以准确预测,所以,为研究建立河道数学模型,预测河道采砂影响,分别从泥沙运移公式、采沙坑数值模拟、采砂河段水流数值模拟、泥沙数值模拟4个方面,对各种河型、水沙条件下的水沙特性及河床演变规律进行论述,并预测了今后可能的研究方.【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(019)004【总页数】6页(P28-32,75)【关键词】泥沙经验公式;水流数值模拟;水沙数值模拟;采砂坑数值模拟【作者】刘亚婷;尹志刚【作者单位】长春工程学院水利与环境工程学院 ,长春 130012;长春工程学院水利与环境工程学院 ,长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TV1490 引言当今，我国部分地区存在有法不依、执法不严的现象，非法采砂、采矿、侵占水域岸线等情形没有得到有效的治理。
大量的河砂开采使得河床面下切、河床比降下降、水面线下降、边坡倒塌、河道侵蚀、渗透破坏、生态环境受损。
因此，有必要应用数值计算方法模拟河道的采砂状况，从而对流域进行宏观上的掌控。
不少学者通过创建物理模型和数值模型，对采砂河道演变情况进行分析。
然而，给长河段大规模的河网建立物理模型时对场地要求的条件高、难度大且工作量大，因此，对采砂河段进行数值模拟分析是预测采砂影响的重要手段。
1 泥沙经验公式研究进展20世纪初期，国外研究人员在对泥沙运移分析过程中遇到了重重困难的情况下通过现场观察和物理实验得到了基本的理论。
[1]主要有DuBoy的牵引力公式(之后被Kramer修改)；爱因斯坦、Indri等开发的经典理论临界底流速度(起动速度)理论。
基于这些理论，Meyer-Peter and Muller、Engelund-Hansen等开发了床沙经验公式。
丁坝冲刷及整流桩防护措施研究
１２ 丁坝局部冲刷 ．
黄河丁坝建于沙质河床之 上， 河床抗冲性差 丁坝附近水
流一方 面将床沙冲起 ， 使坝 头附近 冲刷坑 逐渐扩 大； 一方面产 生横 向及纵向不平衡输沙 ， 在坝后回流 区及下游产生淤积 。试 验初期 可以看到 ， 附近床 面泥沙被 涡 旋水流 带至水 面 ， 坝头 而 后向下游输移的现象 。冲刷坑 的发展过 程是 由快 而缓 ， 最终达 到平衡 状态。 稳定后的冲刷坑呈现 出不对称 的形 态 。 深点位 于坝头坝 最 轴线附近 ， 高程 ３ 。最大冲刷坑水 深 ２． 。最 深点上游部 ｍ ０５ｍ
（ 黄河水利科学研究院， 南 郑州 ４０ ０ ） 河 ５ ０３
摘
要： 通过丁坝局部模型试验 ， 进一步研究 了丁坝冲刷机理 。在此基础 上 ， 针对丁坝防护问题 ， 了在 丁坝 坝体 布议 提出
整流桩这样一种新！ 的防护措施。相应的模型试验结果表明， ｌ ！ ！ 整流桩可有效改善丁坝坝头局部水流结陶， 进而使丁坝坝 头冲刷坑深度减小， 最大冲刷部位发生偏离 国家 自然科 学基金 委 员会 、 黄委黄 河联 合研 究基
金资助项 目（ ０３ ０ ０ 。 ５ ３ ９２ ）
作者简介 ： 张傻 华（９ ４ ） 女 ， 南西华人 ， １５ 一 ， 河 高级工程 师（ 教
授级） 博士 ， ， 主要从事河流力学研 究工作。
维普资讯
近水位及流场变化的观测结果为 ：
边壁呈 ３。 Ｏ夹角 ， 当于黄河下游下挑式丁坝 ， 相 坝根与水槽边壁
连接。 收稿 日期 ：０６ ００ ２ ０ —１＂ ９
（） １ 由于丁坝的阻水作用。 因此坝体上游水位壅高， 纵向水
面线呈下 凹形 曲线 。 （） ２ 水流在 丁坝上游 中部发生分离 ， 部分水流下潜 ， 水流压 缩 和绕流形态 非常 明显 。坝头上游侧水流集 中 ， 接近坝头 水流
潮汐河段挡沙堤平面形态对水流影响数值模拟研究
格二维潮流数学模型 ， 分析 了不 同挡 沙堤 形 态 对 堤 头 流场 、 流 和 水 位 变 化 影 响特 性 。 究 结 果 表 明 ， 横 研 随 着 堤 长 增 大 ， 挑 流 作用 不 断增 强 。 合 理 控 制 堤 长 。 头 形 态 变 化 可 以 起 到优 化 流 场 、 缓 横 流 的作 用 。 其 应 堤 减
工程区水位 变化最 明显为涨落急时刻 ， 最明显区域 为堤身外侧靠近坝根处 。 关键词 ： 潮汐河段； 挡沙堤； 数值计算
中 图分 类 号 ： ３ ．３ ０２ ２１ Ｐ７ １ ； ４ ． ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编号 ：０ ５ ８ ４ （０ １０ － ０ ３ ０ １０ —４ ３ ２ １ ）１０ ３— ５
窦 峰， 张 玮， 陈 恺 ， 余 珍
（ 海大 学 港 口海 岸 与近 海 Ｓ 程 学院 ， 河 － 南京 ２ ０ ９ ） １０ ８
摘 要： 以海 门新 江 海 河挖 入 式 港 池 挡 沙 堤 工程 为研 究 对 象 ， 采用 有 限体 积 方 法 ， 立 了三 角 形 非 结 构 网 建
平 面布置形 态对 航道 横流 、 流场 和水 位 变化 的影 响 。
本 工 程位 于 长江 徐 六泾 河段 ， 近北 支 ， 靠 地形 多 变 ， 沙 条件 复 杂 ， 用 三 角 形非 结 构 网格 可 以满 足边 水 采 界拟合 和局 部 加密 要求 。 型上 游边 界 至 天生港 ， 游边 界 南 至杨林 、 至青 龙 港 ， 以实测 潮 位资料 提 供 ， 模 下 北 均 局部 网格尺 寸 为 ５ｍ
一
般情况下， 初值通过估算给出， 与实际值并不 致， 即使初 值有一 定误 差 ， 计算过程 中也将会 随 在
着 时 间而逐渐 消失 。
Delft3D模型的应用情况研究初稿【范本模板】
Delft3D模型的应用情况研究摘要：Delft3D 是由荷兰Delft 大学WL Delft Hydraulics 开发的一套功能强大的软件包，能够模拟二维和三维的水流、波浪、水质、生态、泥沙输移及床底地貌，以及各个过程之间的相互作用.该软件在国内外得到了广泛的应用,并在研究地形演变、咸潮上溯、环境评估、航道整治、洪水演进等方面获得了诸多令人满意的成果。
关键词：Delft3D；数值模拟;应用1.前言Delft3D 是由荷兰Delft 大学WL Delft Hydraulics 开发的一套功能强大的软件包，能够模拟二维和三维的水流、波浪、水质、生态、泥沙输移及床底地貌，以及各个过程之间的相互作用。
其核心模块为水动力模块（FLOW），共包括波浪模块（WAVE）、水质模块（WAQ）、颗粒跟踪模块（PART)、生态模块(ECO)、泥沙输移模块（SED）和床底地貌模块（MOR）等七大模块。
Delft3D软件的工作思路是,先利用网格生成工具(RGFGRID）、地形编辑工具（QUICKIN）生成网格和网格节点上的水深文件，再通过相应的模块来计算相应的水流问题，最后根据计算结果利用后处理工具（GPP 和QUICKPLOT）处理得到的数据.该软件在国内外得到了广泛的应用，并在研究地形演变、咸潮上溯、环境评估、航道整治、洪水演进等方面获得了诸多令人满意的成果。
2。
Delft3D模型介绍2.1模型概述Delft3D软件是由荷兰Delft水力学研究所研究开发的一套水流、泥沙、环境完全集成的计算机软件包，可用于海岸、内河、河口区域的三维计算.该软件具有灵活的框架，能模拟二维（水平或垂向）和三维的水流、波浪、水质、生态、泥沙输移和床底地貌，以及各个过程之间的相互作用。
它是目前世界上最先进的水动力—水质模型之一。
其主要特征是：所有子模块都具有高度的整合性和互操作性；能直接应用最新过程知识；采用最为友好的图形用户界面（GUI）。
淹没式丁坝群对河床变化影响的试验研究
上游倾斜 的丁坝群 在两岸进行交替设置 ， 可以在河道 内形成具有 洼地和 浅滩 的河床 ， 对改善城 市河流 生态环境 具有现 实
意义。
关
键
词 ： 河床 变动 ；流 态 ； 方 向 角 ；淹 没 式 丁 坝
中图分类号 ：Ｔ １ １ Ｖ ３
文 献标识码 ： Ａ
ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ｏ ０ ３ ６ ／． ｓ．００—１７ ．０ ０ ０ ．０ ｓ ３９ ２ １． ３０ ８
后加数字 １４组设 置时在方案名后加数字 ４ 共有 ６种方案 。 ， ， 试验时的水深利用试验水槽末端 的低 堰调 节 ， 使得距 水槽
基金项 目： 教育部回 国人 员科 研基金 启动 项 目；０７年 深圳 市科技 计 ３ 项 目 ２０ ｔ ＇ Ｊ
（０ ７ ９ 。 ２０ ３ ）
作者简介 ： 刘建（９ ５ ） 男， １６ 一 ， 河南封 丘人 ， 副教授 ， 士 ， 究方 向为环境 工 博 研 程、 水利工程 、 风力发电工程和项 目管理。
收稿 日期 ：０９ ０ － １ ２ ０ — ４２
别设 置在 ＝ 、５ ｍ处 ， ０ １０ｃ 左岸 两组分别设置在 ＝７ 、２ ｍ ５ ２ ５ｃ 处 。丁坝群 的设置方案见 图 １单组设 置时仅 有右岸的第一组 。 ， 根据方 向角 的不 同 ， 方案名称分别为与河岸成 ９ 。 ０ 角的方案 Ａ、 向上游倾斜 （ 与下游岸边 的交角为 １ ５ ） ３ 。 的方案 Ｂ及 向下游倾 斜（ 与下游岸边 的交 角为 ４ 。 的方案 Ｃ ５） 。单组设置时 ８０ ） ． 广 １０ ９
摘
要： 通过水槽试验研 究了淹 没式丁坝群对 河床 变化的 影响。结果表 明： 丁坝群 的方 向 角对 河床 的 变化 有较 大的影