二维水沙数学模型在榕江航道整治中的应用研究

摘要

航道由于局部浅段的存在，致使航道水深严重不足，制约了港口的发展。而疏深航道以提高通航能力，需要研究水域水动力变化并预测疏浚槽的回淤。采用数值模拟进行挖槽试验较物理模型具有周期短、费用少的优点，因而用水流泥沙数学模型研究挖槽后床面变形及水动力变化具有重要的应用价值。
　　 本文在系统分析泥沙数学模型的发展历史和研究现状的基础上，根据榕江实测水文地形资料，从平面二维水流泥沙基本方程和基本理论出发，采用三角形单元有限体积法对控制方程求解，建立了二维水流泥沙数学模型，模拟了榕江水流泥沙变化情况。研究了该河段的乘潮水位和最低通航水位，并计算了觉石大桥～榕华大桥河段的航道理论通过能力。
　　 本文的主要研究内容有：
　　 ①概述榕江工程河段水文泥沙情况，利用现有的资料定性进行河床演变分析。
　　 ②采用有限体积法，对控制方程进行求解，建立了适用的水沙数学模型，模型验证结果表明，模型计算的潮位、流速和含沙过程与实测资料较接近。
　　 ③将本文所建立的模型应用于榕江航道局部浅段试挖槽研究，通过计算分析发现，工程方案实施后，水流条件与工程前没有明显的差别，但涨落潮时最大流速有所增加，河道冲淤总体上表现为微冲微淤。
　　 ④利用现有的潮位资料计算了榕江沿程的乘潮水位，并利用乘潮水位航道的通过能力基本计算公式，计算了榕江航道理论通过能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

1.2数值计算方法

1.3国内外水沙数值模拟研究现状

1.4水沙数值模拟的发展动态

1.5本文的主要工作及技术关键点

1.5.1主要工作

1.5.2技术关键点

第二章榕江河段基本情况及演变规律

2.1榕江河段的基本情况

2.1.1流域概况

2.1.2气候条件

2.1.3水文、泥沙

2.1.4一期航道整治情况

2.1.5最低通航水位

2.2河床演变分析

2.2.1榕华大桥～觉石大桥河段

2.2.2达濠水道

2.2.3三洲坝至榕华大桥河段

2.2.4一期整治后航槽回淤情况分析

2.3小结

第三章平面二维水流泥沙数学模型

3.1平面二维水流数学模型

3.1.1基本方程

3.1.2定解条件

3.1.3网格设计

3.1.4数值计算方法

3.2平面二维悬沙数学模型

3.2.1基本方程

3.2.2定解条件

3.3小结

第四章榕江平面二维水流泥沙数学模型

4.1榕江平面水流二维数学模型

4.1.1模型计算区域

4.1.2边界条件及网格划分

4.1.3参数的选取和关键问题的处理

4.1.4模型计算结果验证

4.2榕江平面二维泥沙数学模型

4.2.1基本资料与边界条件

4.2.2模型计算过程中相关问题的处理

4.2.3模型计算结果的验证

4.3小结

第五章榕江整治方案的计算结果分析

5.1航道整治方案

5.2各方案对流场的影响分析

5.2.1工程方案前后流速变化

5.2.2工程方案对洪水流场的影响

5.3各方案冲淤计算分析

5.4小结

第六章榕江利用乘潮水位航道通过能力计算

6.1乘潮水位

6.1.1乘潮水位的定义

6.1.2乘潮水位的计算

6.2航道通过能力计算

6.2.1航道船舶乘潮过滩的适航时段

6.2.2通过航道的船舶数

6.2.3航道的理论通过能力

6.3榕江航道通过能力计算

6.3.1基本资料

6.3.2计算结果

6.4小结

第七章结论与展望

7.1主要结论

7.2研究展望

参考文献

致 谢

在学期间发表的论著及取得的科研成果