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(guò)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)。

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(mǎn)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(chǎng)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。

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(guò)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?xún)?nèi)。

采用2-d淺水方程建立了嵌套模型。以烏江郭母子灘航道整治工程為例,模型研究了整治河段的水動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)以及對(duì)上、下游水流條件的影響。結(jié)果表明:該方法解決了整治河段近區(qū)難以直接獲取邊界條件的困難,能獲得足夠的計(jì)算精度,還能為工程提供全面的水動(dòng)力信息,是預(yù)測(cè)和評(píng)估工程的有力工具。

在研讀近年來(lái)眾多優(yōu)秀防洪影響評(píng)價(jià)報(bào)告的基礎(chǔ)上,通過(guò)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(wèn)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(guò)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。

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。

本文在沙潁河航道整治工程防洪評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了裁彎、切灘、混凝土護(hù)坡等工程措施對(duì)河道的防洪與生態(tài)影響,提出今后河道治理的方向。

建立了正交曲線(xiàn)坐標(biāo)系下二維紊流全沙數(shù)學(xué)模型，水流模型采用紊動(dòng)動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率閉合雷諾方程，把懸移質(zhì)輸沙概化為單純淤積、單純沖刷和淤粗沖細(xì)三種情況，依據(jù)懸沙與床沙交換機(jī)理建立了挾沙能力和非均勻沙分組挾沙能力的表達(dá)式．在水流輸運(yùn)及分組含沙量輸運(yùn)方程的離散過(guò)程中，采用守衡性較好的控制體積法和simplec計(jì)算程式，以提高計(jì)算穩(wěn)定性和加快收斂．本模型對(duì)復(fù)雜條件的河床適應(yīng)性較強(qiáng)，為平面二維長(zhǎng)河段的河床變形計(jì)算進(jìn)一步創(chuàng)造了條件．

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(mén)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。

碼頭建設(shè)會(huì)對(duì)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(duì)長(zhǎng)江鎮(zhèn)揚(yáng)河段水流運(yùn)動(dòng)以及擬建碼頭工程對(duì)防洪的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算.結(jié)果表明,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(duì)工程河段的水位和流場(chǎng)影響較小,不會(huì)對(duì)河段的行洪帶來(lái)不利影響.

以長(zhǎng)江某段設(shè)計(jì)水位和整治線(xiàn)寬度的確定和沖淤等值線(xiàn)圖的繪制為例,介紹了matlab軟件的特點(diǎn)及在航道整治工程中的應(yīng)用。

以生態(tài)護(hù)岸在航道整治工程中的應(yīng)用為研究對(duì)象,對(duì)傳統(tǒng)護(hù)岸與生態(tài)護(hù)岸概況進(jìn)行分析,并對(duì)生態(tài)護(hù)岸在航道整治中的具體應(yīng)用進(jìn)行研究。

最近幾年，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，生態(tài)護(hù)岸這種新型護(hù)岸技術(shù)逐漸得到人們的青睞，并開(kāi)始應(yīng)用到現(xiàn)代河道整治工程當(dāng)中，在達(dá)到河道整治目的的同時(shí)，有效的保護(hù)了河道及周邊的生態(tài)環(huán)境，本文以現(xiàn)有的研究資料為基礎(chǔ)上，對(duì)生態(tài)護(hù)岸技術(shù)進(jìn)行了全面的總結(jié)與分析，并從人文、自然和使用條件等角度對(duì)生態(tài)護(hù)岸在航道整治中的應(yīng)用進(jìn)行了細(xì)致的分析，總結(jié)了應(yīng)用的可行性以及在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

丁壩在航道整治工程中的應(yīng)用

隨著時(shí)代的發(fā)展,人們對(duì)生態(tài)環(huán)境也更加的注重了,在科技的帶動(dòng)下,治理航道的技術(shù)也有了更加先進(jìn)的運(yùn)用和發(fā)展,在過(guò)去護(hù)航的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和調(diào)整,針對(duì)其中所在的問(wèn)題做出了研究和探討,根據(jù)具體情況提出了合理有效的整理方案。將適合社會(huì)健康持續(xù)發(fā)展的生態(tài)護(hù)岸技術(shù)巧妙與過(guò)去充足的治理經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合,在航道治理過(guò)程中取得了巨大的成就。

針對(duì)航道整治工程方案與工程布置情況以及途經(jīng)的河道為河、湖串通的河網(wǎng),在進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)水文分析計(jì)算時(shí)先對(duì)航道整治工程逐個(gè)進(jìn)行阻水分析計(jì)算,再將各單個(gè)工程阻水作局部水頭損失利用河網(wǎng)水力學(xué)計(jì)算模型進(jìn)行沿程水面線(xiàn)計(jì)算,分析壅水高度與過(guò)洪流量變化,為防洪補(bǔ)救措施設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

航道整治工程的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

本刊長(zhǎng)江航道局獲悉，《長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程昌門(mén)溪至熊家洲段工程可行性研究報(bào)告》于2012年7月26日在武漢正式通過(guò)國(guó)家發(fā)改委審查。荊江航道位于長(zhǎng)江中游，上起湖北宜昌枝城，下至湖南城陵磯，全長(zhǎng)347．2km。由于河床性質(zhì)特殊，航道變化劇烈，存在10余處礙航灘段，荊江航道歷來(lái)是長(zhǎng)江航運(yùn)的“瓶頸”河段。據(jù)介紹，荊江河段航道整治工程將遵循統(tǒng)籌兼顧、系統(tǒng)整治、因勢(shì)利導(dǎo)、

土工織物的整治建筑物具有良好的技術(shù)性能,其整體性好,柔軟性也較好,大大減少施工過(guò)程中的沖刷沉陷,可適應(yīng)不同的河床地形條件。同時(shí)由于采用土工織物,其壩體穩(wěn)定性好,工程建成后的維護(hù)工程量小。土工織物應(yīng)用于航道整治工程具有良好的發(fā)展前景和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)對(duì)閩江航道、水文泥沙等特性的分析與研究,提出了沙袋壩應(yīng)用于閩江航道整治工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方法。