航道整治工程泥沙数学模型在赣江治理中的应用.pdf

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1、第卷水利水电技术年第期弓台二二卑是卜倪〔奥廷中的航道趁泥数学模型在检治应用李亚平汤立群陈界仁王加虎,,,,镇江市水利局镇江市河海大学南京市,用拟合坐标生成了正交【摘要】在河流二维双方程紊流泥沙模型及求解方法基础上曲线网格运用“”露滩冻结技米解决河道中边滩和江心洲等随水位波动边界位置发生相应调整的动边界问题模型考,虑了床沙级配的分层记忆和床沙质与冲泄质的划分模型验证后应用于赣江樟树一南昌河段航道整治工程方,案计算中取得了良好的效果【关键词】整治工程网格生成动边界方案计算文献通过求解椭圆形偏微分方程寻找原坐标,出流边界设置水位同时使,,亏,系统与新

2、坐标系统宁之间的一一对应关系获得”一,物理域上正交曲线网格系统采用紊动动能和紊动耗散、日日尤口日一、卜二下一二万一灭下万万一二下,一率闭合雷诺方程把悬移质输沙概化为单纯淤积单纯冲戈叮口叮叮叮心,刷,固壁边界采用无滑移条件的固壁物质通量为。条件即和淤粗冲细三种情况依据悬沙与床沙交换机理确定,“”挟沙能力和非均匀沙分组挟沙能力的表达式从而构造一一。了正交曲线坐标系下二维紊流全沙数学模型在水流输一夔一一。、塑拳,、口军运及分组含沙量输运方程的离散过程中采用守衡性较好的控制体积法,以提高计算稳和计算程式有关问题的处理定性,和加快收敛给出了模型的求解方法

3、本文重点用赣江某浅滩河段的实测水文泥沙及地形资料对所建模型进各物理里初始场的设定、行,初始水位场可利用计算域上下游水位和断面间了验证并将该模型应用于赣江中游樟树南昌,在断河段的航道整治工程方案计算距进行线性插值面上可以不考虑横比降在计算域较,长时可采用推求水面线的办法给出二维域中某模型的定解条件川,几个断面的水位然后分段进行线性插值,,、、,,对于初始速度场夕方向上一。泞方向上由曼数学模型进口给定及沿河宽的分布,、,口,口宁公式计算得来并进行断面总流量校正由于专李正分布遵循曼宁公式并经进流量闭合校正进紊动,、,交曲线网格是基于势流理论生成的上述

4、沿宁甲方向动能耗散率按下式给定即,,,给值在势流区初值已离解较近在回流区初值与收敛解,,差别较大但计算表明随着迭代计算的进行上述口,,一‘口、。式中为进断面节点纵向流速进紊初值的影响会逐步消失分组含沙量场和紊动量,动粘性系数采用紊动粘性系数测量结果即初始分布,,并等口采用全场均匀分布于进量值,动边界技术口断,由式及式可推知进面紊动动能分布即河道中的边滩和江心洲等随水位波动边界位置也一尹了护发,生相应调整在计算中精确地反映边界位置是比较口,,口,,由于进常取在顺直段对于充分发展的紊流进困难的因为计算网格横向间距为数十米数量级为了、。、,“”,的设

5、定不影响域内的分布进口断面含沙量分布体现不同流量边界位置的变化常采用削切技术采用均匀分布,即将露出单元的河床高程降至水面以下并预留薄层,“,水深同时更改其单元的糙率取量级使得露了冲泄质和床沙质分界粒径、,,,出单元计算值自动为。水位冻结不变这样就将冲泄质和床沙质分界粒径沉速采用王兆印公式即田·忙复杂的移动边界问题处理成固定边界问题一糙率的率定式中的取糙率的取值对计算具有重要的作用目前对糙率,模型的验证的平面分布处理还很不成熟大都采用河段综合糙率,口本文计算在一维模型率定的糙率基础上根据实测流因丰城小港具有年汛前汛后的实测,,,,量分若干个流量级

6、自动率定糙率结果如表所列地形图水沙资料基本齐全同时该河段位于,,、表糙率一流关系全河段中部中间有浅滩和弯道河型床面组成均具,·流量“一’有代表性因此选取该河段作为模型的验证河段糙率计算域范围和正交曲线网格的生成,“·一‘丰城小港口全长约中间布置个水尺流量点,条糙率测流断面计算域初始地形采用年月份实,测的地形图验证至年月床沙级配的初始赋值及分层记忆计算域,沿河道纵向布置个网格线横向布置,根据丰城一小港口实测河床质泥沙级配资料选取,网格节点数为,区域个网格线网格节点基表中的数值为计算的河床质级配在河床冲淤过程中,本保持正交正交误差士横向网格线遵循与

7、两岸边,,床沙级配采用分层记忆分层厚度取每当淤积厚度,、界线垂直的趋势扭曲纵向网格线成凸岸密凹岸疏的,,达到分层厚度时记忆该层级配供冲刷时使用特点,网格间距纵向为横向为一表验证河段床沙级配进出口边界条件的确定粒径模型验证时段为年月日一年,,丰城一小港口月日计算域进口控制流量采用石上水文站实测流,口口量过程该站在丰城进断面稍上进水位直接采用丰口进悬移质级配,、城水位站实测水位过程出口水位根据丰城市汉两站水口,。进悬移质级配查水文年鉴获得中值粒径矶,口位按比降线性内插进含沙量过程采用石上实测过程,一,平均粒径。并将悬移质分成,计算时将实测流量过程概

8、化成个梯级概化原则是,组参加计算如表所列,,,,根据实测洪水过程涨落变化剧烈处时步较短取变化平缓,,表悬沙级配及分组处时步较长取其余时步均介于粒径门。