二維水流數(shù)學(xué)模型在馬家咀航道整治工程防洪評價中的應(yīng)用

二維水流數(shù)學(xué)模型作為一種先進的工具,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,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,利用上下游實測資料進行求解和率定,通過分析和計算,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,對河道管理范圍內(nèi)的建設(shè)項目和位于河流影響范圍內(nèi)的重要建設(shè)項目應(yīng)進行防洪影響評價,重要的防洪工程應(yīng)運用數(shù)學(xué)模型分析計算。選用數(shù)學(xué)模型時,可根據(jù)實際情況,在滿足工程實際的需要條件下,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)新建油井工程進行壅水計算,并采用經(jīng)驗公式法進行校核。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算,相比二維模型計算結(jié)果,經(jīng)驗公式計算結(jié)果偏小,采用二維模型計算結(jié)果進行防洪評價,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)河床變形計算公式計算沖淤變化。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)。

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力學(xué)特點以及對上、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,能獲得足夠的計算精度,還能為工程提供全面的水動力信息,是預(yù)測和評估工程的有力工具。

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)模型在防洪評價實際應(yīng)用中的問題。為今后更好地進行防洪影響評價提供良好的理論依據(jù)和實際解決方法。

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)用實例等。

數(shù)學(xué)模型是防洪評價的一個重要技術(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)模型的建立和驗證及實際應(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動以及河床沖淤變化規(guī)律,為預(yù)測分析工程建設(shè)對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價的基礎(chǔ)上,進一步分析了裁彎、切灘、混凝土護坡等工程措施對河道的防洪與生態(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，水流模型采用紊動動能和紊動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三種情況，依據(jù)懸沙與床沙交換機理建立了挾沙能力和非均勻沙分組挾沙能力的表達式．在水流輸運及分組含沙量輸運方程的離散過程中，采用守衡性較好的控制體積法和simplec計算程式，以提高計算穩(wěn)定性和加快收斂．本模型對復(fù)雜條件的河床適應(yīng)性較強，為平面二維長河段的河床變形計算進一步創(chuàng)造了條件．

為分析橋梁工程的修建對原河道水文情勢的影響,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)計洪水條件下工程修建前后河道內(nèi)水位和流場分布特征的變化。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變化,有局部性的影響。

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)計中一項重要技術(shù)工作.采用平面二維潮流數(shù)學(xué)模型,對長江鎮(zhèn)揚河段水流運動以及擬建碼頭工程對防洪的影響進行了數(shù)值模擬計算.結(jié)果表明,在防洪設(shè)計洪水、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.

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

以生態(tài)護岸在航道整治工程中的應(yīng)用為研究對象,對傳統(tǒng)護岸與生態(tài)護岸概況進行分析,并對生態(tài)護岸在航道整治中的具體應(yīng)用進行研究。

最近幾年，隨著人們環(huán)境保護意識的增強，生態(tài)護岸這種新型護岸技術(shù)逐漸得到人們的青睞，并開始應(yīng)用到現(xiàn)代河道整治工程當(dāng)中，在達到河道整治目的的同時，有效的保護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，對生態(tài)護岸技術(shù)進行了全面的總結(jié)與分析，并從人文、自然和使用條件等角度對生態(tài)護岸在航道整治中的應(yīng)用進行了細致的分析，總結(jié)了應(yīng)用的可行性以及在應(yīng)用過程中應(yīng)該注意的問題。

丁壩在航道整治工程中的應(yīng)用

隨著時代的發(fā)展,人們對生態(tài)環(huán)境也更加的注重了,在科技的帶動下,治理航道的技術(shù)也有了更加先進的運用和發(fā)展,在過去護航的基礎(chǔ)上進行分析和調(diào)整,針對其中所在的問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。將適合社會健康持續(xù)發(fā)展的生態(tài)護岸技術(shù)巧妙與過去充足的治理經(jīng)驗相結(jié)合,在航道治理過程中取得了巨大的成就。

針對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),在進行防洪評價水文分析計算時先對航道整治工程逐個進行阻水分析計算,再將各單個工程阻水作局部水頭損失利用河網(wǎng)水力學(xué)計算模型進行沿程水面線計算,分析壅水高度與過洪流量變化,為防洪補救措施設(shè)計提供理論依據(jù)。

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)點處流量守恒條件,實現(xiàn)一、二維模型的耦合。以大港獨流減河為例,采用該耦合模型分析了鉆井平臺對河道水流的影響,模擬結(jié)果表明該模型設(shè)計合理,具有一定可靠性和實用性,可用于防洪評價中工程建設(shè)項目對水流的影響分析。

利用平面二維恒定流懸沙輸運數(shù)學(xué)模型,模擬計算廣東省惠州市境內(nèi)東江干流博羅淺灘整治過程中,疏浚和拋泥對右岸義和自來水廠取水口的影響。定量地估算出施工期間義和水廠取水口處水質(zhì)超標(biāo)的時間和程度,為制定水環(huán)境保護對策措施提供依據(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動數(shù)學(xué)模型,并驗證了其可靠性。采用該模型對岷江河段模擬計算,計算結(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。

航道整治工程的經(jīng)濟評價