两河交汇对河流洪水演进影响的数值模拟研究

摘要

自然界中存在大量的两河交汇型河流，在交汇处两股水流相互顶托、挤压，河相关系发生改变，打破各自河流自身的洪水传播状态，有时在交汇口附近水流倒回灌。本论文对两河交汇区的水动力特性及洪水演进数值模拟的若干问题进行了系统的分析和研究，针对两条河流交汇的河流特点，建立了相应的平面二维水动力数学模型，并将模型应用于伊洛河两河交汇河段(偃师城区段)的水流模拟计算中，进行了现状条件与工程状态两种工况下交汇河段的数值模拟计算。
　　本论文对模拟河段的水面形态特征进行了全面分析(纵向、横向、三维水面形态)，并对交汇区附近特征断面的水面形态进行了讨论。分析给出了交汇区两河流量差变化对受壅水作用一侧水面比降的影响呈绳套曲线形态，指出了“双峰型”洪水过程对交汇前两河分别形成前、后两个拐点；同时给出了“双峰型”洪水过程中交汇区特征断面水位Z与时刻T的关系是分段函数，以两次洪峰期为间断点，各段都是呈现二次曲线的发展变化特点，分析了相关参数的影响因素。分析研究了研究河段的流场流速分布以及河势等，给出了主流位置及边岸高流速区域，为工程防护提供依据。论文还对修建节制工程后的工程状态进行了数值模拟计算，模拟结果表明，节制工程的修建对工程上游产生壅水作用，随着洪水流量的加大，壅水作用增强；由于节制工程在交汇区下游不远，对交汇区的洪水传播也产生一定影响。
　　与同步进行的物理动床河工模型试验测量结果作对比，表明数值模拟计算成果与物理模型试验结果在洪水河势、主流走向、洪水位及流场流速分布等方面基本一致；由于物理模型范围比数值模拟范围短，下游尾水控制条件不同，以及物理模型变率的影响，物理模型试验计算最高洪水位比数值模拟略低。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 课题来源

1.3 研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 本文研究的主要工作

1.4.1 研究的工程背景

1.4.2 本文研究的主要工作与方法

2 交汇河段洪水演进的的特点及数值模拟问题

2.1 两河交汇的形式及汇流口平面形态特征

2.2 两河交汇河段的水流特性

2.3 两河交汇河段的水面形态特征

2.4 两河交汇河段洪水演进数值模拟的关键技术

2.5 两河交汇河段洪水演进数值模拟的可视化

3 研究河段平面二维水动力数学模型的建立

3.1 平面二维水动力数学模型的基本理论

3.1.1 研究路线与方法

3.1.2 模型结构

3.2 模型的建立

3.2.1 模型范围及网格剖分

3.2.2 模型区开边界条件的处理

3.3 模型调试与验证

3.3.1 洪水调查及分析

3.3.2 模型调试依据

3.3.3 调试验证结果

3.4 小结

4 研究河段平面二维数值模拟成果及分析

4.1 现状条件下特征洪水模拟成果分析

4.1.1 现状条件下不同频率洪水计算成果

4.1.2 现状条件下特征洪水水面形态分析

4.1.3 现状条件下特征洪水流场分析

4.1.4 现状条件下洪水河势及主流线分析

4.2 工程状态下特征洪水模拟成果分析

4.2.1 工程状态下不同频率洪水计算成果

4.2.2 工程状态下特征洪水水面形态分析

4.2.3 工程状态下特征洪水流场分析

4.2.4 工程状态下洪水河势及主流线分析

4.3 与物理模型试验结果的对比分析

4.3.1 与物理模型试验水面成果的对比分析

4.3.2 与物理模型试验流场成果的对比分析

4.4 小结

5 结论与展望

5.1 本文工作的主要认识和结论

5.2 展望

攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表的学术论文

致谢

参考文献