二維水沙模型涉水建筑物防洪影響計(jì)算

建立了基于有限體積法的平面二維非恒定流數(shù)學(xué)模型,采用黎曼近似解通量差分裂(fds)格式計(jì)算通過各單元邊的水流法向數(shù)值通量,并應(yīng)用相關(guān)的懸移質(zhì)、推移質(zhì)河床變形計(jì)算公式計(jì)算沖淤變化。模型應(yīng)用于浙江省49省道溫溪至鶴城段改建工程河道水流狀況的模擬,結(jié)果表明工程修建后工程段的中間部位以上以及外側(cè)附近水位略有壅高,最大壅高值0.03m;工程區(qū)附近流速減緩、靠近河道中央流速略微增大,最大增幅約0.12m/s,河道沖淤幅度在0.3m以內(nèi)。

依據(jù)《防洪法》等有關(guān)規(guī)定,對河道管理范圍內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目和位于河流影響范圍內(nèi)的重要建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)進(jìn)行防洪影響評價,重要的防洪工程應(yīng)運(yùn)用數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算。選用數(shù)學(xué)模型時,可根據(jù)實(shí)際情況,在滿足工程實(shí)際的需要條件下,適當(dāng)?shù)倪x用一維或二維數(shù)學(xué)模型。本文運(yùn)用二維數(shù)學(xué)模型對吉林油田新民采油廠擬在河道灘地內(nèi)新建油井工程進(jìn)行壅水計(jì)算,并采用經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行校核。結(jié)果表明:對于河道內(nèi)復(fù)雜地形及建筑物的防洪評價壅水計(jì)算,相比二維模型計(jì)算結(jié)果,經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果偏小,采用二維模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行防洪評價,結(jié)論更安全、可靠。

針對涉水建筑物的調(diào)度運(yùn)行影響河道行洪能力的現(xiàn)象,構(gòu)建基于saint-venant方程組的一維水動力模型,并由abbott六點(diǎn)隱式有限差分法近似求解方程組。利用實(shí)測斷面數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了等間距插值加密,根據(jù)建筑物實(shí)際屬性結(jié)合模型計(jì)算要求,對阻水建筑物進(jìn)行了概化處理。在河道工況復(fù)雜的清水河固原城區(qū)段的應(yīng)用結(jié)果顯示,該模型較為準(zhǔn)確地模擬了橡膠壩及過水路面對河道洪水演進(jìn)的影響,體現(xiàn)了擋水建筑物的過流阻水效果。模擬結(jié)果不僅可用于校核河道防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),而且對相關(guān)部門采取防洪決策也具有一定參考價值。

以長江與洞庭湖匯流段擬建某特大橋?yàn)槔?采用數(shù)值模擬手段,分析了修建大橋?qū)R流段行洪的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明,特大橋修建對江湖匯流段行洪影響較小。

碼頭建設(shè)會對河道行洪、堤防及其他防洪工程的安全造成不利影響.防洪影響分析是碼頭工程設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要技術(shù)工作.采用平面二維潮流數(shù)學(xué)模型,對長江鎮(zhèn)揚(yáng)河段水流運(yùn)動以及擬建碼頭工程對防洪的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算.結(jié)果表明,在防洪設(shè)計(jì)洪水、平灘水位流量和多年平均流量3種水流條件下,工程興建后水位壅高最大值約1.2cm,水位降低最大值約1.5cm,流速最大增幅約0.05m/s,最大減幅約0.23m/s.碼頭興建后對工程河段的水位和流場影響較小,不會對河段的行洪帶來不利影響.

在研讀近年來眾多優(yōu)秀防洪影響評價報告的基礎(chǔ)上,通過仔細(xì)對比、研究,歸納二維非恒定流數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用條件、方法和范圍:總結(jié)模型應(yīng)用的具體情況,包括參數(shù)率定、工程概化、結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析;最后,探討二維非恒定流數(shù)學(xué)模型在防洪評價實(shí)際應(yīng)用中的問題。為今后更好地進(jìn)行防洪影響評價提供良好的理論依據(jù)和實(shí)際解決方法。

通過建立二維水動力學(xué)數(shù)學(xué)模型,對阿什河珍珠島圍堤擴(kuò)建進(jìn)行了防洪影響分析及評價,分析表明圍堤擴(kuò)建引起的河道水位最大壅高0.19m,流速最大增加0.25m/s,局部河段將不再滿足防洪規(guī)劃堤頂安全超高要求,但不會影響其它防洪規(guī)劃的安排與實(shí)施、防洪規(guī)劃的總體要求和整體目標(biāo),對本河段的防洪、河勢穩(wěn)定、防汛搶險以及第三方合法的水事權(quán)益也無明顯的不利影響。

本文介紹了二維非恒定流數(shù)學(xué)模型的控制方程、定解條件、邊界條件、模型剖分、模型調(diào)試、計(jì)算過程,以及二維非恒定流數(shù)學(xué)模型在鄭武鐵路防洪影響評價中的應(yīng)用實(shí)例等。

針對長江中游宜昌至枝城河段卵石夾沙河床級配分布寬等特點(diǎn),建立了非均勻懸沙、底沙二維數(shù)學(xué)模型,尤其是考慮了底沙的不平衡輸移及沖淤過程中床沙的級配調(diào)整問題,對計(jì)算中的關(guān)鍵問題提出了處理方法,利用水文、泥沙及河床變形資料對模型進(jìn)行了水面線、流速分布及沖淤過程的詳細(xì)驗(yàn)證,尤其是進(jìn)行了葛洲壩水利樞紐運(yùn)用后、1998年洪水前后及三峽工程運(yùn)用后的驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)計(jì)單位一維數(shù)模提供的水沙邊界條件,預(yù)測了三峽工程蓄水初期該河段的沖刷量、分布及床沙粗化過程。

文章以跨遼河的某座大型橋梁為例,對5a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下的河道流場分布特征和水位變化情況,利用平面二維數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了模擬分析,并對比分析了流場變化和雍水。研究表明:在5a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下的橋墩附近,跨遼河的某座大型橋梁的橋墩出存在一定的流場變化和雍水,工程建設(shè)可對遼河產(chǎn)生局部的影響作用。

針對單純使用一維或二維數(shù)學(xué)模型難以準(zhǔn)確高效模擬大型涉水工程對水域影響的問題,通過利用一、二維聯(lián)解潮流數(shù)學(xué)模型,在珠江口某港區(qū)碼頭工程附近使用二維模型,對該區(qū)域流場和流速變化范圍進(jìn)行模擬,其余水域采用一維模型模擬。結(jié)果表明,工程對珠江東四口門及工程周邊水域水位、流速、河道潮量及分流比、潮排、潮灌、排澇等影響不大。結(jié)論認(rèn)為,一、二維數(shù)學(xué)模型聯(lián)解計(jì)算可以用于大型工程,尤其是海域內(nèi)大型工程的防洪評價計(jì)算,并能夠得出較為可靠的計(jì)算結(jié)果。

本文結(jié)合北江下游具體河段,針對河段彎曲及河道分汊的特性,考慮岸灘崩塌展寬進(jìn)行邊界處理,建立了二維平原型彎曲河道水沙數(shù)學(xué)模型,正確地計(jì)算模擬了河段中大江心洲和丁壩的繞流阻水現(xiàn)象,準(zhǔn)確地處理了灘地漫水、魚塘及挖沙坑蓄水及其對河道演化趨勢的影響,為河道的科學(xué)治理提供了依據(jù)。在計(jì)算方法上,本文采用了二維有限元的方法,可進(jìn)行網(wǎng)格自動剖分和局部加密計(jì)算模擬。

以西藏日喀則市卡龍溝泄洪渠為例,應(yīng)用固液兩相流理論,探討了三維瞬態(tài)asm模型在渠道泥沙淤積計(jì)算中的應(yīng)用。asm模型可以完全考慮渠道在三維空間上的變化以及水沙之間的相互作用,通過模擬計(jì)算得到泥沙淤積過程及淤積量。結(jié)果表明,asm模型可以用于河道泥沙計(jì)算,為河流整治及工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

數(shù)學(xué)模型是防洪評價的一種重要技術(shù)手段。介紹了二維水流數(shù)學(xué)模型的基本原理以及二維水流數(shù)學(xué)模型在廣西梧州市塘源綜合碼頭防洪評價中的應(yīng)用實(shí)例。結(jié)果表明:碼頭建成后,工程區(qū)上游約1.7km至工程區(qū)下游約1.1km范圍內(nèi)流場發(fā)生了變化,但變化幅度較小,在各頻率洪水條件下,流速最大增加值與減小值均不超過0.1m/s,且分布在工程所在位置附近,說明工程對所在河道總體河勢穩(wěn)定影響不大。

二維水流數(shù)學(xué)模型作為一種先進(jìn)的工具,可為工程研究提供更豐富、更精確的信息,在港口、河道治理等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。本文采用二維水流數(shù)學(xué)模型分析了鷹潭信江特大橋興建后對工程河段行洪及流場的影響,為橋梁防洪影響評價提供了科學(xué)的決策依據(jù)。

根據(jù)江蘇灌河(鹽城與連云港兩市交界河)天然潮汐河道特點(diǎn),結(jié)合船舶修造行業(yè)舾裝碼頭建設(shè)要求,采用平面二維水流數(shù)學(xué)模型,對擬建碼頭處的潮位、流速、潮形等水力因素,利用上下游實(shí)測資料進(jìn)行求解和率定,通過分析和計(jì)算,能夠更加準(zhǔn)確地反映碼頭等涉水構(gòu)筑物產(chǎn)生的壅水影響及潮流場變化情況,為科學(xué)合理地評價船舶修造項(xiàng)目的行洪影響提供依據(jù)。

在山區(qū)河流上修建涉水工程需考慮其對河道水流特性的影響,而山區(qū)河流水流運(yùn)動的復(fù)雜性使此研究變得較為困難。該文建立了基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的平面二維水流運(yùn)動數(shù)學(xué)模型,并驗(yàn)證了其可靠性。采用該模型對岷江河段模擬計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明河段上擬建大橋的存在對河段水流特性無明顯影響。

三門峽建庫后,潼關(guān)高程急劇抬升,導(dǎo)致渭河下游淤積嚴(yán)重,逐漸形成\"地上河\

強(qiáng)沖積河流過程泥沙運(yùn)動非?；钴S、河床變形快,與水流之間存在強(qiáng)烈的相互作用.傳統(tǒng)的基于簡化控制方程的非耦合數(shù)學(xué)模型違背了基本守恒律,只能近似地適用于弱沖積河流過程.建立普遍適用于強(qiáng)、弱沖積過程的二維水沙耦合數(shù)學(xué)模型,將現(xiàn)有對不可沖刷床面淺水二維流動的、可以捕捉激波和接觸性間斷的waftvd二階數(shù)值方法擴(kuò)展至可沖刷床面淺水二維水沙運(yùn)動問題.應(yīng)用該耦合模型研究了典型冰湖潰決洪水過程.

通過建立的基于有限體積法的平面二維非恒定流數(shù)學(xué)模型,對馬家咀航道整治一期工程建設(shè)前后的河道水流運(yùn)動進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明:工程建設(shè)前后工程河段水位變化較小,工程附近河段水流流態(tài)及水流流速分布無明顯變化。研究建立的二維水流數(shù)學(xué)模型可準(zhǔn)確模擬工程河段水流運(yùn)動,能在防洪影響評價中對工程前后河道水流、水位變化變提供較為可靠的依據(jù),具有實(shí)用價值。

通過對北盤江石板寨河段實(shí)際情況的勘察,結(jié)合歷史流量和輸沙率資料,采用準(zhǔn)二維泥沙數(shù)學(xué)模型對石板寨水庫有堰和無堰兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了計(jì)算比較.最后給出了無堰方案更有利于確保電站及水庫的安全運(yùn)行的結(jié)論.

三維城市模型(3dcm)的研究是近年來gis領(lǐng)域內(nèi)的一個研究熱點(diǎn),在交通、地質(zhì)、礦山、城市測繪、環(huán)保等方面有著十分重要的研究意義。對3dcm而言,目前還缺少一個統(tǒng)一、完備的數(shù)據(jù)模型,作者對gis的數(shù)據(jù)進(jìn)行了建模,以三維城市建筑物可視化模型為例,提出了基于obj標(biāo)準(zhǔn)模型文件的面向?qū)ο蠼ㄖ锶S數(shù)據(jù)模型。用實(shí)例論證了模型的正確性和高效性