航道整治工程泥沙数学模型在赣江治理中的应用.pdf

第卷水利水电技术年第期

航道趁弓台二二卑是泥卜数学模型在检倪〔治奥廷中的应用

李亚平汤立群陈界仁王加虎

,,
镇江市水利局镇江市河海大学,南京市,

【摘要】在河流二维双方程紊流泥沙模型及求解方法基础上,用拟合坐标生成了正交曲线网格运用
“露滩冻结”技米解决河道中边滩和江心洲等随水位波动边界位置发生相应调整的动边界问题模型考
虑了床沙级配的分层记忆和床沙质与冲泄质的划分模型验证后,应用于赣江樟树一南昌河段航道整治
工程方案计算中,取得了良好的效果
【关键词】整治工程网格生成动边界方案计算

文献通过求解椭圆形偏微分方程寻找原坐标出流边界设置水位,同时使

,,,
系统与新坐标系统宁亏之间的一一对应关系获得”一

,
物理域上正交曲线网格系统采用紊动动能和紊动耗散、日日尤口日
二下二万灭下一万万二下
,、卜一一一一
率闭合雷诺方程把悬移质输沙概化为单纯淤积单纯冲戈叮口叮叮叮心

,
刷和淤粗冲细三种情况,依据悬沙与床沙交换机理确定固壁边界采用无滑移条件的固壁物质通量为。条件即
挟沙能力和非均匀沙分组挟沙能力的表达式,从而构造“一”一。
了正交曲线坐标系下二维紊流全沙数学模型在水流输、塑一夔一拳一。
、
运及分组含沙量输运方程的离散过程中,采用守衡性较口军

,
好的控制体积法和计算程式以提高计算稳有关问题的处理
定性和加快收敛,给出了模型的求解方法本文重点用赣
江某浅滩河段的实测水文泥沙及地形资料对所建模型进各物理里初始场的设定
、
行了验证,并将该模型应用于赣江中游樟树南昌初始水位场可利用计算域上下游水位和断面间

,
河段的航道整治工程方案计算距进行线性插值在断面上可以不考虑横比降在计算
域较长时,可采用推求水面线的办法给出二维域中某

模型的定解条件川,
几个断面的水位然后分段进行线性插值

,,
数学模型进口给定、、及,沿河宽的分布,对于初始速度场夕方向上一。泞方向上由曼

,、
分布遵循曼宁公式,并经进口流量闭合校正,进口紊动宁公式计算得来并进行断面总流量校正由于专李正

,、
动能耗散率按下式给定,即交曲线网格是基于势流理论生成的上述沿宁甲方向
给值,在势流区初值已离解较近,在回流区,初值与收
敛解差别较大,但计算表明,随着迭代计算的进行上述

,‘、
式中为进口断面节点纵向流速,一进口紊初值的影响会逐步消失分组含沙量场和紊动量。

,
动粘性系数采用紊动粘性系数测量结果即初始分布,采用全场均匀分布,并等于进口量值
,动边界技术

,
由式及式可推知进口断面紊动动能分布即河道中的边滩和江心洲等随水位波动边界位置也
一尹了护发生相应调整,在计算中精确地反映边界位置是比较
由于进口常取在顺直段,对于充分发展的紊流,进口困难的,因为计算网格横向间距为数十米数量级,为了

、
。的设定不影响域内的分布进口断面含沙量分布体现不同流量、边界位置的变化,常采用“削切”技术,
采用均匀分布即将露出单元的河床高程降至水面以下,并预留薄层
水深,同时更改其单元的糙率取“量级,使得露了冲泄质和床沙质分界粒径

、
出单元计算值自动为。,水位冻结不变,这样就将冲泄质和床沙质分界粒径沉速采用王兆印公式,即
复杂的移动边界问题处理成固定边界问题田一·忙
糙率的率定式中的取
糙率的取值对计算具有重要的作用目前对糙率
型的
,模验证
的平面分布处理还很不成熟大都采用河段综合糙率
本文计算在一维模型率定的糙率基础上,根据实测流因丰城小港口具有年汛前汛后的实测
量,分若干个流量级自动率定糙率,结果如表所列,地形图,水沙资料基本齐全同时该河段位于

、
表糙率一流关系全河段中部,中间有浅滩和弯道,河型床面组成均具

,
流量“·一’有代表性因此选取该河段作为模型的验证河段

糙率计算域范围和正交曲线网格的生成

,
·‘口
流量“一丰城小港全长约中间布置个水尺

,
糙率点条测流断面计算域初始地形采用年月
份实测的地形图,验证至年月
床沙级配的初始赋值及分层记忆计算域沿河道纵向布置个网格线,横向布置

,
根据丰城一小港口实测河床质泥沙级配资料选取个网格线,网格节点数为,区域网格节点基
表中的数值为计算的河床质级配在河床冲淤过程中本保持正交,正交误差士横向网格线遵循与两岸边

,,
床沙级配采用分层记忆分层厚度取每当淤积厚度界线垂直的趋势扭曲,纵向网格线成凸岸密、凹岸疏的

,,
达到分层厚度时记忆该层级配供冲刷时使用特点网格间距纵向为,横向为一
表验证河段床沙级配进出口边界条件的确定
粒径模型验证时段为年月日一年
,
丰城一小港口,月日计算域进口控制流量采用石上水文站实测流
量过程,该站在丰城进口断面稍上进口水位直接采用丰
口
进悬移质级配,、
城水位站实测水位过程出口水位根据丰城市汉两站水
口,。
进悬移质级配查水文年鉴获得中值粒径矶,
位