二维水沙数学模型在复杂河道治理中的应用第1页,生态工程技术在城市河道治理

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水利学报

2003年09月 SHUILI XUEBAO 第9期 文章编号：0559-9350 (2003) 09-0025-06

二维水沙数学模型在复杂河道治理中的应用

白玉川1，杨建民1，黄本胜2

(1.天津大学 建筑工程学院，天津 300072；2.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510610)

摘要：本文结合北江下游具体河段，针对河段弯曲及河道分汊的特性，考虑岸滩崩塌展宽进行边界处理，建立了二维平原型弯曲河道水沙数学模型，正确地计算模拟了河段中大江心洲和丁坝的绕流阻水现象，准确地处理了滩地漫水、鱼塘及挖沙坑蓄水及其对河道演化趋势的影响，为河道的科学治理提供了依据。在计算方法上，本文采用了二维有限元的方法，可进行网格自动剖分和局部加密计算模拟。

关键词：水沙数学模型；有限元方法；河流模拟；泥沙

中图分类号：TV149 文献标识码：A

北江是珠江水系第二大河，发源于江西省信丰县大茅山，跨越赣、湘、桂、粤四省(区)27个县市。北江的暴雨具有范围广、强度大、历时不长等特点，洪水猛涨暴落，易形成洪水灾害。北江下游的石角至新沙洲至狮山河段，，属于冲积平原河流，具有平原弯曲型及分汊型河流的特性。凸岸形成较大的边滩，凹岸形成迎流顶冲，深槽逼岸的河势。众多的江心洲形成多汊河道，使得主流变化复杂，左右摆动，造成北江大堤河段变为众多迎流顶冲、深槽逼岸的险段，严重威胁堤防的安全。新沙洲河段在20世纪50～70年代，左、右汊发育较为平衡，河床冲淤变化较小，主航道在新沙洲的右汊。进入80年代，由于多期航道整治，使左汊变成主航道。左右汊的分流比亦发生较大变化，90年代后，河床下切及演变趋势向着不利于北江大堤安全的方向发展，其表现为左汊河床冲深7～17.5m。新沙洲河段西南险段整治工程是北江大堤安全达标加固工程的一部分，河段具有平原河流弯曲和分汊的特性，所以利用一般的泥沙数学模型进行水沙运动模拟较为困难。为了克服这些困难，科学地整治该复杂险段，我们建立针对特殊复杂地形和河势的二维河道水沙数学模型。

1水流泥沙数学模型

二维水流泥沙数学模型主要包括两部分内容，二维水流数学模型和二维泥沙数学模型。

1.1 模型方程水流连续方程

z(uh)(vh)++=0 txy

x方向水流运动方程 (1)

uuu2+v2uuz+u+vfv+g+g=0 2txyxCsh

收稿日期：2003-03-04

作者简介：白玉川(1967-)，男，山西神池人，教授，主要从事泥沙运动力学、河口海岸动力过程的研究。

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