某研究河段引水口水沙数值模拟研究

发布时间：2020-05-18 12:26

【摘要】：引水渠工程是为将优质水资源引入灌区工程,对引水渠工程的入口处和引水渠中进行数值模拟研究对工程建设和管理具有重要参考价值。引水口附近的水沙条件变化、泥沙沉降淤积对引水工程的管理运行以及引水堤坝的维护工作具有重要影响。在进行物理模型实验比较困难情况下,采用数值模拟的方法对引水渠的设计进行评估和验证工作具有重要意义。针对某灌区从某江引水的实际问题,本文在分析某江水文资料、引水渠工程地形和地质资料的基础上,结合工程设计方案,利用MIKE21模型软件,开展了二维水沙运动的数值模拟。采用资料分析、理论分析和数值实验结合的方法,系统研究了某江五种来流条件下某灌区引水渠的引水流量、水位和局部水流态。分别研究了无引水渠、有引水渠引水、有引水渠无引水三种计算方案下的泥沙淤积特征。建立了包含某灌区引水渠和某江局部河段的平面二维水流数学模型,提出了一种河流模拟过程中补足缺失地形的新方法,这种方法可基于给定工程的参数和有限的地形数据,通过模型率定和断面定型的方式来拟合设计水面线,进而确定床面形态,并建立平面二维水沙模型。此方法不仅成功解决了本研究中某江河道局部地形缺失的问题,还为其他地形缺失的类似情况提供了有效的解决方案和技术储备。泥沙数值模拟过程中缺乏长系列水文资料,总结某江的年际间变化规律,利用典型年组合的方法来模拟水文年际间变化。该方法较好的解决了某江局部的泥沙数值模拟过程,预测了灌区引水口附近的泥沙淤积趋势,为引水渠的运行调度提供了参考。
【图文】：

交错网格,中心差分

图２．１交错网格逡逑２、时间中心差分逡逑时间中心差分ｔｔｃ意图见图２．２，将一个时间步长中心差分，，分为ｘ－ｓｗｅｅｐ邋（ｔ从ｎ到逡逑ｎ＋１／２）和邋ｙ－ｓｗｅｅｐ邋（ｔ邋从邋ｎ＋１／２邋到邋ｎ＋１邋）。逡逑方程采用一维的推进方式，ｘ－ｓｗｅｅｐ方向求解Ｘ－连续方程和Ｘ－动量方程时，Ｃ从ｎ逡逑到ｎ＋１／２，ｐ从ｎ到ｎ＋１，ｑ为己知的ｎ－１／２到ｎ＋１／２的值；ｙ－ｓｗｅｅｐ方向求解ｙ－连续方程逡逑和ｙ－动量方程时，４从ｎ到ｎ＋１／２，ｑ从ｎ到ｎ＋１，邋ｐ为己知的ｎ－１／２到ｎ＋１／２的值。逡逑ｉＨ－１邋＇逦ａ逦＜逡逑}0逦逦」－｜逦＾逦Ｔｂｅｃｅｔｏ逡逑ｎ逡逑ｍ邋￣逦４逡逑Ｃ逦ｐ逦ｑ邋（邋ｐ逦ｑ逡逑ｒ邋Ｌ邋Ｖ－￣Ｕ邋＼Ｔ邋Ｊ逡逑图２．２时间中心差分格式逡逑时间中心差分形式是在ｘ－ｓｗｅｅｐ之后立刻进行ｙ－ｓｗｅｅｐ的循环求解，然而对于动量逡逑方程中的交叉项求解很难找到一个合适的时间中心点。为此，对动量方程中的交叉项求逡逑导采用ｓｉｄｅ－ｆｅｅｄｉｎｇ差分方式见图２．３。逡逑１０逡逑

中心差分,中心差分格式,动量,形式

逦ｈ？逦Ｎ逡逑图２．１交错网格逡逑２、时间中心差分逡逑时间中心差分ｔｔｃ意图见图２．２，将一个时间步长中心差分，分为ｘ－ｓｗｅｅｐ邋（ｔ从ｎ到逡逑ｎ＋１／２）和邋ｙ－ｓｗｅｅｐ邋（ｔ邋从邋ｎ＋１／２邋到邋ｎ＋１邋）。逡逑方程采用一维的推进方式，ｘ－ｓｗｅｅｐ方向求解Ｘ－连续方程和Ｘ－动量方程时，Ｃ从ｎ逡逑到ｎ＋１／２，ｐ从ｎ到ｎ＋１，ｑ为己知的ｎ－１／２到ｎ＋１／２的值；ｙ－ｓｗｅｅｐ方向求解ｙ－连续方程逡逑和ｙ－动量方程时，４从ｎ到ｎ＋１／２，ｑ从ｎ到ｎ＋１，邋ｐ为己知的ｎ－１／２到ｎ＋１／２的值。逡逑ｉＨ－１邋＇逦ａ逦＜逡逑}0逦逦」－｜逦＾逦Ｔｂｅｃｅｔｏ逡逑ｎ逡逑ｍ邋￣逦４逡逑Ｃ逦ｐ逦ｑ邋（邋ｐ逦ｑ逡逑ｒ邋Ｌ邋Ｖ－￣Ｕ邋＼Ｔ邋Ｊ逡逑图２．２时间中心差分格式逡逑时间中心差分形式是在ｘ－ｓｗｅｅｐ之后立刻进行ｙ－ｓｗｅｅｐ的循环求解，然而对于动量逡逑方程中的交叉项求解很难找到一个合适的时间中心点。为此，对动量方程中的交叉项求逡逑导采用ｓｉｄｅ－ｆｅｅｄｉｎｇ差分方式见图２．３。逡逑１０逡逑
【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】：2016
【分类号】：TV146

【参考文献】