湘江下游水流运动及物质输送的数值模拟研究
发布时间：2020-07-06 06:00
【摘要】：在天然河流上修建梯级枢纽,可以有效解决经济发展对电力、航运、工农业需水和生活用水的需求,但另一方面,由于人工干预和调度,极大的改变了河流的水文情势,可能对河流的物质输运及水质环境带来重要影响,开展枢纽建设对物质输运的影响研究,有利于深入理解和认识水利枢纽开发对水环境的不利影响,为合理调度和保护环境提供决策支持。河沙是基础设施建设的主要原材料之一,近20年来,我国基础设施建设迅猛发展,河道人工采砂为保障建筑工程的顺利建设提供了原材料保障,但缺乏规划的无序采砂,改变了河床形态并导致河床下切,对水流流态和水位也将带来重要影响,针对河床下切对河道水流流态及物质输送的影响进行研究,有助于合理规范人工采砂活动,为管理部门提供技术支持。本文以湘江下游长沙综合枢纽的建设运营为例,针对水利枢纽修建对其上游河道及上游支流河道水流运动及物质输运的影响开展研究,通过建立三维水动力数学模型和物质输送数学模型,通过设置合适的模拟情景,计算了长沙综合枢纽建设前后典型来流条件下上游湘江长沙段水流运动及物质输送过程,计算了长沙综合枢纽建设对其支流浏阳河水流运动及物质输送的影响,分析了枢纽对上游河道及支流河段的流态及物质输送的影响程度及范围。研究表明,枢纽运行后,由于水位和水深大幅增加,同等流量情况下,水流流速变缓,使得物质对流扩散速度显著减小,物质在研究水域内停滞时间显著增长,流量越小,影响越显著。针对湘江下游河床下切对水流运动及物质输送的影响,本文分别在1983年水下地形图和2008年水下地形图的基础上,建立了湘江下游湘潭-濠河口三维水动力数学模型和物质输送数学模型,采用相同的来流条件和下游水位,通过设置合适的情景计算和对比,分析了河床下切对下游河道水流运动及物质输送的影响。研究结果表明,河床下切对湘江下游河道水流流场流态影响显著,表现为同等流量情况下水位显著降低,流速显著变缓,且进入河道中的物质停滞时间显著延长。
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV147
【图文】：
图２．邋１模型计算区域与水文资料实测区域逡逑２．２．１水面线验证结果逡逑在湘江香炉洲至靖港河段左右两侧各布置１７个测点（如图２．２所示），监测湘江沿逡逑程水位变化。以测点沿程距离为横坐标（其中0ｍ表示１号测点），水位为纵坐标，绘制逡逑出香炉洲至靖港河段的水面线，如图２．３所示。逡逑图２．邋２水位测点位置图逡逑１６逡逑
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逦（ｂ）右岸水面线逡逑图２．邋３沿程水位验证逡逑从图２．３中可以看出模型计算的水位与水文资料吻合较好。通过各测点的数学模型逡逑计算值和原型实测值可知，沿程水位最大绝对误差为０．０２２ｍ，绝对平均误差为０．００２ｍ，逡逑误差均在规定的容许误差内，满足规范要求。逡逑２．２．２断面流速分布验证结果逡逑实测资料中共有三个断面的流速和水深测量资料，具体位置见图２．２中Ｑｈ邋Ｑ２、逡逑Ｑ３断面。为验证模型流速计算结果，提取数值计算结果中三个断面处的流速与水深值，…逦？逡逑分别与实测资料进行比较，如图２．４、图２．５和图２．６所示。从图中可以看出，在N隙襄义厦娲Γ迳鲜挡獾憬虾玫芈湓诩扑闱呱希扑闼钣胧挡馑畹姆植记魇埔恢隆Ｔ阱义希眩病ⅲ眩扯厦娲τ屑父龅愦嬖谄睿渌獾愦扑阒涤肫涫挡庵捣浅＝咏得魇的ｅ义闲土魉偌扑惴弦蟆ｅ义狭魉伲ǎ恚螅╁义希渤у义襄五五
本文编号：2743259
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV147
【图文】：
图２．邋１模型计算区域与水文资料实测区域逡逑２．２．１水面线验证结果逡逑在湘江香炉洲至靖港河段左右两侧各布置１７个测点（如图２．２所示），监测湘江沿逡逑程水位变化。以测点沿程距离为横坐标（其中0ｍ表示１号测点），水位为纵坐标，绘制逡逑出香炉洲至靖港河段的水面线，如图２．３所示。逡逑图２．邋２水位测点位置图逡逑１６逡逑
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逦（ｂ）右岸水面线逡逑图２．邋３沿程水位验证逡逑从图２．３中可以看出模型计算的水位与水文资料吻合较好。通过各测点的数学模型逡逑计算值和原型实测值可知，沿程水位最大绝对误差为０．０２２ｍ，绝对平均误差为０．００２ｍ，逡逑误差均在规定的容许误差内，满足规范要求。逡逑２．２．２断面流速分布验证结果逡逑实测资料中共有三个断面的流速和水深测量资料，具体位置见图２．２中Ｑｈ邋Ｑ２、逡逑Ｑ３断面。为验证模型流速计算结果，提取数值计算结果中三个断面处的流速与水深值，…逦？逡逑分别与实测资料进行比较，如图２．４、图２．５和图２．６所示。从图中可以看出，在N隙襄义厦娲Γ迳鲜挡獾憬虾玫芈湓诩扑闱呱希扑闼钣胧挡馑畹姆植记魇埔恢隆Ｔ阱义希眩病ⅲ眩扯厦娲τ屑父龅愦嬖谄睿渌獾愦扑阒涤肫涫挡庵捣浅＝咏得魇的ｅ义闲土魉偌扑惴弦蟆ｅ义狭魉伲ǎ恚螅╁义希渤у义襄五五
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