松干流凌演进数值模拟与实验研究

发布时间：2020-03-27 20:58

【摘要】：流凌是特定的水文、气象、地形和水力等条件作用下发生的一种自然现象,流凌演进会对冰凌洪水、水工建筑、航电输运、生态环境产生重要影响。松花江流域地处高纬度地区,河流横断面形态变化较大,导致凌汛现象更加严峻和难以预测。本文以黑龙江省水利科技项目“松花江干流治理工程流凌演进机理及堤防防护技术研究项目”为依托,面向松花江干流“汤原县-佳木斯市”典型江段的流凌演进问题,基于原型实验、MIKE21水动力模块和粒子追踪模块、原型观测等研究方法,设计流凌演进原型实验,开展实验研究,利用实验数据对数值模型进行率定,开展实验江段多工况的流凌演进数值模拟,设计开江原型观测实验,利用观测数据对数值模拟得出的结果进行验证。具体研究内容如下:(1)考虑到实验室物模实验的比尺效应,提出流凌演进原型实验研究方法。开展多种工况的流凌演进实验和流凌撞击实验,实测实时风速、流场要素、流凌运动轨迹以及流凌与堤防相互作用等数据,分析得到实验江段流凌演进规律,为数值模拟提供边界条件和率定数据。(2)基于流凌演进原型实验数据,采用MIKE21水动力模块和粒子追踪模块,开展流凌演进数值模拟研究。以实测数据对糙率和粒子扩散系数进行率定,建立实验江段单冰块运动数值模型,分析不同风速和水位对流凌运动的影响;建立实验江段群冰块运动数值模型,开展不同工况的来冰模拟,得到上游来冰量对实验江段流凌的运动规律、分布和堆积的影响,给出堤防建设意见。(3)为了验证结论的准确性,在春季开江期间进行原型观测实验研究,记录实验江段流凌运动的过程,实测开江后流凌堆积的点位,观测流凌破坏的特征。通过对观测数据和资料统计整理,得到开江观测实验结论,并与模拟结论对比分析,验证数值计算结果的可靠性和准确性。
【图文】：

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毁冰排的措施，才确保整座桥的安全[19]。1964 年位于密云水库引水涵洞进口的进水塔，受流凌挤压折裂倾斜，被迫重建[20]。1982 年黄河龙口至河曲河段出现巨大冰塞体，体积达 6868 万 m3，厚度 1.1 m，下部冰花厚度达 9.3 m，间接经济损失多达 1 亿元以上[21]1985 年，引滦入津工程泵站被流凌严重破坏，导致前池翼墙墙体开裂，尔王庄水库防波墙被冰盖推倒 100 m，推裂 500 m，受危部位达 1000 m，损失达 10 万元[22]。1999 年月中旬，泥河水库受流冰推力和冻胀作用，导致整个冰层向坝体骤然前移 1.5 m，冰排撞向坝顶，形成高达 3 m 的冰坝[23]。2001 年黄河宁蒙河段提前 1 个月封河，导致乌海段水流不畅，流冰阻塞河道，水位壅高，乌兰木头河段堤防出现决口，水势迅猛[24]。201年据人民网报道：对于我国重大型工程南水北调中线，冬季渠道受到冰冻危害，国务院南水北调办建管司司长李鹏程强调：流冰期间，要严格调度控制，避免冰塞产生，确保冰盖就地融化，设置拦冰索拦住浮冰，保证关键进水口处不被浮冰阻塞。黄河历年受冰凌灾害较为严重，以黄河内蒙古段为例，如表 1.1 所示，在 1953-1973 年黄河内蒙古段多次遭受冰凌灾害。

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毁冰排的措施，才确保整座桥的安全[19]。1964 年位于密云水库引水涵洞进口的进水塔，受流凌挤压折裂倾斜，被迫重建[20]。1982 年黄河龙口至河曲河段出现巨大冰塞体，体积达 6868 万 m3，厚度 1.1 m，下部冰花厚度达 9.3 m，间接经济损失多达 1 亿元以上[21]1985 年，引滦入津工程泵站被流凌严重破坏，导致前池翼墙墙体开裂，尔王庄水库防波墙被冰盖推倒 100 m，推裂 500 m，受危部位达 1000 m，损失达 10 万元[22]。1999 年月中旬，泥河水库受流冰推力和冻胀作用，导致整个冰层向坝体骤然前移 1.5 m，冰排撞向坝顶，形成高达 3 m 的冰坝[23]。2001 年黄河宁蒙河段提前 1 个月封河，导致乌海段水流不畅，流冰阻塞河道，水位壅高，乌兰木头河段堤防出现决口，水势迅猛[24]。201年据人民网报道：对于我国重大型工程南水北调中线，冬季渠道受到冰冻危害，国务院南水北调办建管司司长李鹏程强调：流冰期间，要严格调度控制，避免冰塞产生，确保冰盖就地融化，设置拦冰索拦住浮冰，保证关键进水口处不被浮冰阻塞。黄河历年受冰凌灾害较为严重，，以黄河内蒙古段为例，如表 1.1 所示，在 1953-1973 年黄河内蒙古段多次遭受冰凌灾害。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV875

【参考文献】