基于一維水動(dòng)力模型分析涉水建筑對(duì)河道行洪能力影響

由于我國(guó)的防洪措施不完善，人口密度相對(duì)較大，洪水發(fā)生時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的損失。如何合理的對(duì)河道進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算河道的洪水水位，預(yù)測(cè)洪水的演進(jìn)路線和破壞力，對(duì)抗洪搶險(xiǎn)有著重要意義。隨著數(shù)值模擬在水利工程中的應(yīng)用，對(duì)水力特性研究和洪水演進(jìn)提供了較好的模擬數(shù)據(jù)。以公路橋到水利樞紐間的44km河道為研究對(duì)象，首先建立了淺水運(yùn)動(dòng)控制方程，并對(duì)該方程進(jìn)行離散化。隨后采用mikellhd和hec-ras兩種差分格式對(duì)洪泛區(qū)河道行洪能力進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了兩種軟件計(jì)算水位情況。研究表明：由于兩種軟件的水力半徑不同，hec-ras軟件的計(jì)算水位較高。

以天津市海河干流為例,通過(guò)計(jì)算河道現(xiàn)狀行洪能力,對(duì)海河現(xiàn)狀行洪安全性進(jìn)行評(píng)價(jià),分析河道行洪能力變化對(duì)城市防洪排澇的影響,為確保天津市汛期防洪安全提供科學(xué)依據(jù)。

為了保障大凌河河道的防洪安全,文章開(kāi)展大凌河河道行洪能力復(fù)核分析。根據(jù)河道特點(diǎn)和實(shí)際情況,采用一維mike11河流數(shù)學(xué)模型,選取控制斷面,確定水位、流量等邊界條件參數(shù),計(jì)算洪水位,并與現(xiàn)狀洪水位進(jìn)行對(duì)比。結(jié)合堤防超高,各斷面警戒水位、警戒流量和保證水位、保證流量等方面,進(jìn)行了行洪能力復(fù)核分析。通過(guò)摸清大凌河河道行洪能力,為洪水預(yù)警、防汛調(diào)度決策提供重要依據(jù)。

為了保障小凌河河道的防洪安全,開(kāi)展小凌河河道行洪能力復(fù)核分析。根據(jù)河道特點(diǎn)和實(shí)際情況,將小凌河分為兩段,選取控制斷面,確定河道糙率、起點(diǎn)水位基本參數(shù),分別采用曼寧公式法與能量方程法,計(jì)算河道兩岸防洪工程實(shí)際可能下泄的最大安全泄量,復(fù)核分析各河段行洪能力及對(duì)應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)摸清小凌河河道行洪能力,可為洪水預(yù)警、防汛調(diào)度決策提供重要依據(jù)。

通過(guò)不同的計(jì)算方法,分析了沁河下游現(xiàn)狀河道行洪能力,并根據(jù)1950年以來(lái)的資料分析了沁河下游沖淤變化和平均淤積速率,對(duì)未來(lái)50年河道行洪能力變化進(jìn)行了預(yù)測(cè),為沁河下游河道防洪提供了科學(xué)依據(jù).

為了探討大橋建設(shè)對(duì)河道行洪的影響,文章以塘埠大橋工程為例,通過(guò)對(duì)橋梁工程建設(shè)的防洪評(píng)價(jià)進(jìn)行計(jì)算,詳細(xì)分析了大橋建設(shè)對(duì)防洪產(chǎn)生的影響,并提出了工程影響防治與補(bǔ)救措施。結(jié)果表明:該大橋建設(shè)不會(huì)影響行洪安全,為其他類似工程提供了一定參考。

根據(jù)1995年國(guó)務(wù)院批復(fù)的南京市過(guò)江通道\"五橋一隧\"規(guī)劃,建設(shè)中的南京長(zhǎng)江第四大橋北接線需在六合境內(nèi)的主要防洪通道——滁河建設(shè)滁河特大橋,為此首先對(duì)滁河流域和滁河特大橋處的水文地理與地質(zhì)特性進(jìn)行了介紹,依據(jù)\"長(zhǎng)江流域綜合利用規(guī)劃簡(jiǎn)要報(bào)告\"和地方水利規(guī)劃結(jié)合流域防洪、水文特性,采用平面二維水流數(shù)學(xué)模型法等,對(duì)滁河特大橋建成后對(duì)流域與河道防洪能力的影響進(jìn)行了分析計(jì)算,并通過(guò)大橋建設(shè)前后橋身的雍水和河道水流場(chǎng)的計(jì)算分析與對(duì)比,得出了滁河特大橋建成后對(duì)流域與滁河河道防洪能力影響較小的結(jié)論,與此同時(shí)闡述了滁河特大橋工程設(shè)計(jì)建設(shè)的的合理性,并對(duì)大橋建設(shè)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)采取的相應(yīng)防護(hù)工程措施提出了建議。

采用三維標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流數(shù)學(xué)模型,引入氣液兩相流體積率模型跟蹤自由水面,對(duì)建有高樁碼頭的河道流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,并從流速分布和水位變化兩方面對(duì)數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的可靠性和合理性。分析結(jié)果表明:高樁碼頭樁群對(duì)過(guò)水?dāng)嗝嬗衆(zhòng)"束窄\"作用,樁群區(qū)外的流速急劇增大;水流進(jìn)入樁群區(qū)一定距離后,存在一個(gè)速度的極小區(qū)域,在樁群影響遠(yuǎn)區(qū),其流速沿程增大;當(dāng)樁群長(zhǎng)度一定時(shí),樁群寬度越大,其阻水作用越大;當(dāng)樁群寬度一定時(shí),樁群長(zhǎng)度越大,其阻水越明顯。

通過(guò)計(jì)算,復(fù)核在橋梁施工中,支架結(jié)構(gòu)的剛度、穩(wěn)定性及河道的行洪能力.

海潮對(duì)河口河道水位等影響范圍和影響強(qiáng)度關(guān)系到河口地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,這些問(wèn)題又直接與河口治理規(guī)劃,河口地區(qū)防洪密切相關(guān),海潮對(duì)河口河道影響具有重要意義。以二維水動(dòng)力有限元數(shù)學(xué)模型為手段,選取黃河河口萊州灣清水溝入海流路為研究對(duì)象,在入海河道上足夠多的典型位置處的水位和流速為對(duì)象,通過(guò)對(duì)沿程水位和流速的變化分析研究得到3000m3/s流量下海潮對(duì)河口的影響范圍在距離口門約5～10km的范圍內(nèi),計(jì)算分析結(jié)果與實(shí)測(cè)資料分析結(jié)果基本一致。

海潮對(duì)河口河道水位等影響范圍和影響強(qiáng)度關(guān)系到河口地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,這些問(wèn)題又直接與河口治理規(guī)劃,河口地區(qū)防洪密切相關(guān),海潮對(duì)河口河道影響具有重要意義。以二維水動(dòng)力有限元數(shù)學(xué)模型為手段,選取黃河河口萊州灣清水溝入海流路為研究對(duì)象,在入海河道上足夠多的典型位置處的水位和流速為對(duì)象,通過(guò)對(duì)沿程水位和流速的變化分析研究得到3000m^3/s流量下海潮對(duì)河口的影響范圍在距離口門約5～10km的范圍內(nèi),計(jì)算分析結(jié)果與實(shí)測(cè)資料分析結(jié)果基本一致。

平果右江左線特大橋?yàn)槟侠ヨF路橋梁工程南寧至百色段中跨越右江的一座鐵路大橋,位于平果縣城區(qū)以南1.7km,橫跨右江,并在河道內(nèi)布置2個(gè)橋墩,對(duì)河道行洪、排澇等存在影響.本文通過(guò)運(yùn)用一維圣維南方程組分析計(jì)算各頻率洪水條件下擬建大橋工程對(duì)河流水面線的壅水影響.

根據(jù)感潮河網(wǎng)的水力特性,采用有限差分格式求解圣維南方程,建立了三洋港水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型,并利用2010年實(shí)測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)施工截流的要求,利用水動(dòng)力模型對(duì)龍口進(jìn)行模擬計(jì)算,從而確定中泓截流方案所需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。據(jù)此制定截流方案,成功實(shí)現(xiàn)截流。本文對(duì)此加以介紹。

根據(jù)1995年國(guó)務(wù)院批復(fù)的南京市過(guò)江通道\"五橋一隧\"規(guī)劃,建設(shè)中的南京長(zhǎng)江第四大橋北接線需在六合境內(nèi)的主要防洪通道——滁河,建設(shè)滁河特大橋。該文首先對(duì)滁河流域和滁河特大橋處的水文地理與地質(zhì)特性進(jìn)行了介紹;依據(jù)《長(zhǎng)江流域綜合利用規(guī)劃簡(jiǎn)要報(bào)告》和地方水利規(guī)劃,結(jié)合流域防洪標(biāo)準(zhǔn)、水文特性,采用平面二維水流數(shù)學(xué)模型法,對(duì)滁河特大橋建成后其對(duì)流域與河道防洪能力的影響進(jìn)行了分析計(jì)算;通過(guò)大橋建設(shè)后橋身的雍水和建設(shè)前后河道水流場(chǎng)的計(jì)算分析與對(duì)比,得出滁河特大橋建成后對(duì)流域與滁河河道防洪能力影響較小,且滁河特大橋工程設(shè)計(jì)滿足防洪要求的結(jié)論。最后,對(duì)大橋建設(shè)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)河道及河堤采取的相應(yīng)防護(hù)工程措施提出了建議。

以長(zhǎng)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(duì)江湖匯流段行洪影響較小。

擬建連鹽高速公路跨入海水道大橋與河道正交。本文建立平面二維水流數(shù)學(xué)模型,計(jì)算分析近期和規(guī)劃兩級(jí)泄洪流量下,橋墩對(duì)入海水道行洪的影響。研究表明,擬建大橋?qū)θ牒Ｋ赖男泻橛绊戄^小。工程對(duì)河道局部地形有一定影響,但不會(huì)引起整體河勢(shì)的變化,橋墩附近須采取相應(yīng)適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┘右苑雷o(hù)。

為研究布置在河道中的樁群、連續(xù)墻對(duì)河道水流的影響,采用二維數(shù)值模擬的方法,以某城市河涌改造工程為例,對(duì)3種不同樁間距的樁群方案和連續(xù)墻方案在一定洪水情況下對(duì)河道水流的影響進(jìn)行對(duì)比分析,連續(xù)墻方案或樁間墻方案在流態(tài)影響、壅水高度及運(yùn)行管理等方面優(yōu)于樁群方案,可為類似工程中樁群的優(yōu)化方案提供借鑒。

為了對(duì)遼寧省土地利用變化引起的排澇模數(shù)影響進(jìn)行更加準(zhǔn)確的模擬研究,以渾河流域排澇區(qū)為研究對(duì)象,利用scs-mike11耦合模型分別對(duì)不同時(shí)期土地利用類型下的排澇模數(shù)進(jìn)行模擬分析,并揭示了排澇模數(shù)隨土地利用變化的作用規(guī)律,然后通過(guò)設(shè)定不同地面硬化率、水旱比和水面率等參數(shù)分別對(duì)土地利用變化條件下的排澇措施進(jìn)行模擬分析.研究成果可為土地利用變化條件下渾河流域制定排澇減災(zāi)技術(shù)措施并確定排澇模數(shù)提供決策依據(jù)和理論支持.

長(zhǎng)江是我國(guó)第一大河,長(zhǎng)江流域人口眾多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。本文運(yùn)用mike21fm建立長(zhǎng)江銅官山河段新洲碼頭工程的數(shù)學(xué)模型,分析工程興建對(duì)長(zhǎng)江河道水位、流速及流場(chǎng)的影響,對(duì)比模型計(jì)算結(jié)果與水文實(shí)測(cè)資料,評(píng)價(jià)工程的興建對(duì)河道行洪能力的影響,計(jì)算成果令人滿意,其精度可以滿足預(yù)測(cè)要求。

利用水槽試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合,在定床方面,討論了丁壩挑角對(duì)壅水的影響;在動(dòng)床方面,提出了補(bǔ)償流量的概念,并結(jié)合定床壅水公式,給出動(dòng)床淹沒(méi)群壩壅水計(jì)算方法,計(jì)算結(jié)果與水槽實(shí)測(cè)資料相符。在此基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步討論了航道整治建筑物對(duì)河道行洪能力的影響。

為了促進(jìn)農(nóng)田水利溝渠能夠得到暢通的排放,利用水動(dòng)力模型分析了排放溝渠形態(tài)改造前后的流場(chǎng)變化,并通過(guò)調(diào)查探索整修先后農(nóng)田水利溝渠內(nèi)水流速度的快慢,證實(shí)了水動(dòng)力模型在暢通農(nóng)田水利溝渠中的有效作用。

為了提高下墊面變化劇烈流域的洪水預(yù)報(bào)精度,在傳統(tǒng)流域水文模型的基礎(chǔ)上耦合水動(dòng)力學(xué)模型,建立水文水動(dòng)力耦合洪水預(yù)報(bào)模型。首先利用水文模型獲得某一斷面的流量過(guò)程作為水動(dòng)力學(xué)模型的邊界條件;之后利用一維水動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行河道洪水演進(jìn)計(jì)算,推求流域出口斷面的流量過(guò)程;最后以煙臺(tái)市外夾河流域?yàn)槔M(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,所建水文水動(dòng)力耦合模型模擬的產(chǎn)流合格率較高,流量過(guò)程與實(shí)測(cè)值吻合,在一定程度上彌補(bǔ)了集總式水文模型不能考慮河道內(nèi)復(fù)雜水流運(yùn)動(dòng)的不足,因此對(duì)具有復(fù)雜水文、水力條件的流域的洪水預(yù)報(bào)具有重要的指導(dǎo)意義。