二维水沙数学模型在秦淮新河入江航道中的应用研究

摘要

在对水流泥沙数学模型研究进展进行综述的基础上，建立沿水深积分的平面二维水流泥沙数学模型，采用底部剪切应力方法判断和计算床面沉积物的再悬浮和沉积过程。基本方程采用有限元方法进行离散。在数学模型建立过程中，初步探讨了动边界处理方法、紊动粘滞性系数和糙率系数的选择等关键问题。 将建立的数学模型应用于秦淮新河船闸下游航道及入江口的水流及泥沙冲淤分析。通过对不同航道布置方案的计算，得出新建复线船闸后，研究区域内的泥沙冲淤趋势与工程前类似，仍以淤积为主的结论。航道通航标准提高后，无论何种布置方案，其泥沙淤积量均略大于工程前；而且，原有的一线船闸下游引航道和新建的复线船闸下游引航道之间如有人工岛，其淤积总量比无人工岛情况小。 秦淮新河船闸下游引航道为典型的盲肠河道。在分析计算结果后认为，盲肠河道在入江口附近存在水流回流区，且回流是泥沙淤积的重要原因。研究结果对类似工程的建设具有一定的理论和应用价值。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2泥沙理论研究进展

1.3水沙数学模型研究进展

1.4研究内容

第二章 数学模型的建立及求解

2.1平面二维水流泥沙数学模型的基本方程

2.1.1水流运动基本方程

2.1.2泥沙输运基本方程

2.2方程求解的数值方法

2.2.1常用数值求解方法

2.2.2有限单元法的单元剖分

2.2.3插值函数

2.2.4积分表达式

2.2.5边界条件

2.3数值计算中的几个关键问题

2.3.1动边界的处理

2.3.2紊动粘滞性系数的计算

2.3.3糙率的选取

2.4小结

第三章 泥沙的冲淤计算

3.1床面剪切应力

3.2泥沙起动和再悬浮的临界摩阻流速

3.3泥沙的沉降速度

3.4泥沙的沉积计算

3.5泥沙的再悬浮计算

3.6小结

第四章 秦淮新河入江航道的水沙运动研究

4.1计算区域和单元剖分

4.2水文和泥沙条件

4.3模型的验证

4.3.1水流的验证

4.3.2地形复演计算

4.4水流泥沙特性分析

4.4.1水流特性现状分析

4.4.2泥沙冲淤特性现状分析

4.5不同航道布置方案计算

4.5.1水流计算结果

4.5.2泥沙计算结果

4.6计算结果的对比、分析和结论

4.6.1.盲肠河道的水流分析

4.6.2盲肠河道的泥沙淤积分析

4.6.3计算结果对比结论

4.7小结

第五章 结论与展望

5.1主要研究成果

5.2建议与展望

参考文献

致谢