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)。

數(shù)學(xué)模型是防洪評(píng)價(jià)的一個(gè)重要技術(shù)手段。介紹了廣州水道某碼頭工程局部水域平面二維水沙數(shù)學(xué)模型的建立和驗(yàn)證及實(shí)際應(yīng)用效果,結(jié)果表明,模型能較好地模擬工程附近水流泥沙運(yùn)動(dòng)以及河床沖淤變化規(guī)律,為預(yù)測(cè)分析工程建設(shè)對(duì)河道河床沖淤演變影響以及量化分析提供了一種手段和途徑。

采用河道平面二維水流數(shù)學(xué)模型,對(duì)襄樊河段水流運(yùn)動(dòng)以及襄樊電廠二期工程大件碼頭和取水口工程對(duì)防洪的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果表明:工程修建后上游河段最大壅水高度約0.02m,最大壅水長(zhǎng)度約為630m,水流流態(tài)及水流流速分布無明顯變化,對(duì)防洪影響不大。

在研讀近年來眾多優(yōu)秀防洪影響評(píng)價(jià)報(bào)告的基礎(chǔ)上,通過仔細(xì)對(duì)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(píng)價(jià)實(shí)際應(yīng)用中的問題。為今后更好地進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)提供良好的理論依據(jù)和實(shí)際解決方法。

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(píng)價(jià)中的應(yīng)用實(shí)例等。

依據(jù)《防洪法》等有關(guān)規(guī)定,對(duì)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(píng)價(jià),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(shí),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(duì)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(duì)于河道內(nèi)復(fù)雜地形及建筑物的防洪評(píng)價(jià)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(píng)價(jià),結(jié)論更安全、可靠。

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(duì)工程河段行洪及流場(chǎng)的影響,為橋梁防洪影響評(píng)價(jià)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(duì)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(cè)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(chǎng)變化情況,為科學(xué)合理地評(píng)價(jià)船舶修造項(xiàng)目的行洪影響提供依據(jù)。

通過建立二維水動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,對(duì)阿什河珍珠島圍堤擴(kuò)建進(jìn)行了防洪影響分析及評(píng)價(jià),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(huì)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(duì)本河段的防洪、河勢(shì)穩(wěn)定、防汛搶險(xiǎn)以及第三方合法的水事權(quán)益也無明顯的不利影響。

文章以跨遼河的某座大型橋梁為例,對(duì)5a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下的河道流場(chǎng)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(duì)比分析了流場(chǎng)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(chǎng)變化和雍水,工程建設(shè)可對(duì)遼河產(chǎn)生局部的影響作用。

為分析橋梁工程的修建對(duì)原河道水文情勢(shì)的影響,以小龍門大橋工程為例,采用平面二維數(shù)學(xué)模型,模擬了5a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下工程修建前后河道內(nèi)水位和流場(chǎng)分布特征的變化。結(jié)果表明,橋梁工程修建后在橋墩附近產(chǎn)生了一定的壅水與流場(chǎng)變化,有局部性的影響。

采用二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算并分析了某擬建橋梁和某電廠取水建筑物興建前后對(duì)河道水位及河勢(shì)的影響情況,與采用橋渡設(shè)計(jì)規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果比較,兩種計(jì)算結(jié)果比較接近,表明二維數(shù)學(xué)模型能較準(zhǔn)確地計(jì)算涉河工程興建引起的工程局部水位及流場(chǎng)變化情況,且能生動(dòng)地表現(xiàn)其平面形態(tài)。該技術(shù)已成為當(dāng)前研究涉水工程防洪影響情況最常用的一種技術(shù)手段和方法。

采用無結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格技術(shù)對(duì)滯洪區(qū)地形進(jìn)行自動(dòng)剖分,根據(jù)三維流體動(dòng)力學(xué)方程建立了適合滯洪區(qū)計(jì)算的一、二維洪水模擬模型,將地形條件概括為地面型通道、河道通道、特殊型通道和連續(xù)堤或缺口堤4種通道對(duì)方程進(jìn)行了離散,利用天津市大清河滯洪區(qū)的實(shí)測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果吻合較好,并模擬了百年一遇洪水在本滯洪區(qū)的演進(jìn)情況.為防洪減災(zāi)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了可靠的依據(jù).

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(duì)馬家咀航道整治一期工程建設(shè)前后的河道水流運(yùn)動(dòng)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(dòng),能在防洪影響評(píng)價(jià)中對(duì)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(jià)值。

為研究河道橋梁阻水問題,運(yùn)用二維水流數(shù)學(xué)模型及其求解方法,建立了河道平面二維潮流數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解。經(jīng)對(duì)3座已建橋梁阻水的計(jì)算表明,模型計(jì)算精度經(jīng)驗(yàn)證能滿足應(yīng)用要求。最后,應(yīng)用該模型進(jìn)行了某擬建橋梁工程對(duì)河道的壅水、流場(chǎng)變化模擬計(jì)算,為橋梁阻水影響提供了較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

規(guī)劃中的四川江安長(zhǎng)江第二過江公路橋采用鉆石形串排圓柱型主塔，為了研究其主塔橋墩對(duì)該橋區(qū)河段各通航水力要素的影響程度，通過建立平面二維水流數(shù)學(xué)模型，模擬該河段方案實(shí)施前后的水流流場(chǎng)，從工程應(yīng)用的角度分析串列圓柱橋墩對(duì)河段水流條件的影響。分析數(shù)模仿真結(jié)果得知：在各級(jí)流量下橋區(qū)河段水位、流速在工程實(shí)施前后變化較小，橋軸線橫向流速較小，橋梁的建設(shè)對(duì)通航水流條件影響較小，不會(huì)對(duì)船舶安全通過橋區(qū)產(chǎn)生影響。

以橫沙東灘促淤圈圍六期工程為例,利用二維潮流數(shù)學(xué)模型,結(jié)合初擬的龍口合龍施工的具體收縮步驟,分析了合龍期龍口處典型的水力特性,并計(jì)算出各收縮步驟中水力充填合龍的最佳作業(yè)時(shí)段和可作業(yè)時(shí)段,為施工單位具體安排施工強(qiáng)度、配套設(shè)備等提供了重要支撐,最終完成了國(guó)內(nèi)罕見的單純采用水力充填方式合龍大型龍口的高難度施工,為類似條件的大型圈圍工程提供了參考。

采用平面二維非恒定全沙數(shù)學(xué)模型,結(jié)合滹沱河倒虹吸工程附近河道進(jìn)行了模型驗(yàn)證,得到了較好的結(jié)果。

在山區(qū)河流上修建涉水工程需考慮其對(duì)河道水流特性的影響,而山區(qū)河流水流運(yùn)動(dòng)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(dòng)數(shù)學(xué)模型,并驗(yàn)證了其可靠性。采用該模型對(duì)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(duì)河段水流特性無明顯影響。

文中將一維、二維模型的待求變量用邊界水位的線性方程表示,在一、二維模型連接斷面處,利用節(jié)點(diǎn)處流量守恒條件,實(shí)現(xiàn)一、二維模型的耦合。以大港獨(dú)流減河為例,采用該耦合模型分析了鉆井平臺(tái)對(duì)河道水流的影響,模擬結(jié)果表明該模型設(shè)計(jì)合理,具有一定可靠性和實(shí)用性,可用于防洪評(píng)價(jià)中工程建設(shè)項(xiàng)目對(duì)水流的影響分析。

本文通過對(duì)某碼頭工程建設(shè)實(shí)例的研究,分析了碼頭建設(shè)后對(duì)河道防洪安全所產(chǎn)生的影響,并提出消除或減少不利防洪影響的防護(hù)措施,供碼頭設(shè)計(jì)參考。

介紹任意曲線坐標(biāo)系下三維潮流數(shù)學(xué)模型在洋山深水港區(qū)一期工程小洋山—鑊蓋塘陸域形成工程中的首次應(yīng)用及其在工程方案研究、設(shè)計(jì)施工中發(fā)揮的重要作用。