顺直河流航道整治工程水流泥沙数值模拟与分析

摘要

泥沙冲淤变化是航道整治工程的主要原因，泥沙沉降的机制、扩散的规律、起动以及底沙与悬沙交换的机理等现象，都与水流的作用密切相关，为了利用好航道资源，需要更好的研究水流泥沙动力要素，在各种研究方法中，用数学模型来模拟这些现象是可行的。 本文回顾了河流泥沙的研究历程及水流泥沙数学模拟的进展同方法。根据水动力和泥沙运动理论，选取水动力控制方程、物质输运控制方程、泥沙扩散方程和底变形方程，确定数学模型中的相关参数及模型的边界条件，对一维模型采用ADI法、二维模型采用Galerkin加权剩余法来形成有限元方程以获得微分方程的近似解；并根据河流的特性提出了航道整治工程中航道标准尺度的计算方法、整治水位的确定。并通过计算和分析，得出了以下结论： 1、用有限差分法建立崖门水道一维水流数学模型，模型简单实用，验证良好，对崖门水道有较好的适用性。 2、采用有限元法建立二维水沙模型对工程前后水动力和冲淤情况分别进行模拟计算，对流速、流向、潮流、悬沙及河床变形验证，取得了较好的效果。 3、数值模型研究表明，航道整治工程完工后对潮位、流量的影响很小，由于航道浚深，断面面积增大，与工程前相比进出潮流量增加。 本文计算结果和实测值吻合良好，说明本文模型具有良好的适用性和足够的精度，能模拟水流泥沙运动的特征。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1研究的背景和意义

1.2河流泥沙的研究现状

1.3水流泥沙模型数值模拟研究现状

1.4本文的主要工作

第2章平面水流泥沙数值解法

2.1平面一维水沙模型及数值解法

2.2平面二维水沙模型及其数值解法

2.3平面二维悬沙数学模型

2.4河床变形方程

2.5边界条件

第3章顺直河流航道整治

3.1河流的一般特性

3.2航道整治工程规划

3.3航道整治工程设计

第4章工程应用

4.1崖门水道概况

4.2水文及区域地质

4.3一维水流泥沙数值模型的验证

4.4二维水流泥沙数值模型验证

第5章结论与展望

5.1研究结论

5.2研究展望

参考文献

致谢