基于CCHE模型的多沙河流引水枢纽水沙数值模拟

摘要

新疆地区经济生活方式主要以农牧业为主，其灌区水资源所需是影响经济活动的主要限制性因素。利用天然河湾进行无坝引水在新疆地区已有上百年历史，然而新疆所具有独特的地貌特征、山溪性河流特点，长期以来径流量较小，造成河道“水少沙多”，形成了与内地其他地区差异较大的河流水沙特性。从河流中引水，随之而来的泥沙问题不可避免，特别是在多沙河流上尤为突出，泥沙淤积的迅速发展使得河床演变剧烈，从而导致水沙分布变化规律极为复杂，泥沙危害问题也尤为突出。充分认识和掌握引水枢纽泥沙输移规律，据此合理设计枢纽结构布置和运用科学管理调度以减少泥沙问题带来的工程危害是历年来新疆水利工程建设和管理所面临的棘手问题。本文采用CCHE软件建立平面二维水沙数学模型对新疆低水头引水枢纽的水流运动、泥沙输移规律、河床地形冲淤变化、推移质泥沙颗粒分布、推移质单宽输沙率等水沙运动情况进行分析研究。
　　以新疆塔里木河乌斯满引水枢纽和新疆盖孜河塔什米里克引水枢纽水工模型为研究对象，建立水沙数学模型，分析引水枢纽附近的水流特性、结构布置优化前后的水流流态、流速分布以及典型断面水深变化等，同时结合推移质泥沙资料，分析枢纽闸前冲淤变形，与模型试验实测结果对比分析，模型计算结果符合实际且与试验实测值相吻合。验证了该模型计算引水枢纽水沙运动的可靠性。
　　利用经过验证的数学模型，对实际已建工程进行河床冲淤变化模拟，分析了推移质泥沙运动颗粒分布规律、闸前冲淤变化规律、推移质单宽输沙率的随机性。在此基础上对引水枢纽长期运行后可能产生的泥沙冲淤问题以及相应整治措施进行了初步探讨，从科学管理调度的角度出发，对闸门运行方式进行方案优化模拟，提出“间歇冲沙”的优化方案，为解决引水枢纽泥沙淤积问题提供相关参考。
　　引水枢纽水沙运动特性极为复杂且影响其运动规律的因素诸多，本文通过CCHE2D模型模拟引水枢纽的水沙运动，针对计算网格的剖分、初始河床地形设置、泥沙粒径确定、以及建筑物冲刷属性的选取等问题提出一些处理方法、建议及经验。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外水沙数学模型研究概况

1．3 国内外河流泥沙模拟回顾

1．4 新疆河流特点及引水枢纽布置形式

1．5 新疆引水枢纽研究进展

1．6 本文研究对象、内容、方法及技术路线

1．7 小结

第2章 CCHE2D平面二维数学模型基本理论

2．1 前言

2．2 CCHE2D模型功能

2．3 CCHE2D水流模型理论

2．4 CCHE2D输沙模型理论

2．5 CCHE2D模型功能局限性

2．6 网格生成技术

2．7 参数物理特性说明

2．8 小结

第3章 乌斯满引水枢纽二维水流数值模拟

3．1 工程概况

3．2 模型试验设计及布置

3．3 模型试验结果

3．4 数值模拟结果及分析

3．5 枢纽优化布置形式数值模拟

3．6 小结

第4章 塔什米里克引水枢纽二维水沙数值模拟

4．1 工程概况

4．2 模型试验设计及布置

4．3 数学模型的建立

4．4 数值模拟与试验结果验证分析

4．5 小结

第5章 引水枢纽不同调度运行时闸前冲淤变化数值模拟

5．1 研究背景

5．2 “保证引水”时闸前冲淤变化数值模拟

5．3 “间歇冲沙”时闸前冲淤变化数值模拟

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简历