乌江白马复杂滩群整治数学模型研究

论文摘要

乌江航道滩多流急,航槽弯曲狭窄,流态紊乱,限制了乌江水运业的发展。通过滩群整治的方法改善水流流态以提高其通航能力,需要研究该河段滩群演变规律及成因分析。本文在系统分析水流数学模型的发展历史和研究现状的基础上,根据乌江实测水文地形资料,建立乌江平面一维水流数学模型,运用方程组离散的方法进行求解,对三峡库区乌江河段的水面线及回水位时水面线进行了验证。从平面二维水流基本方程和理论出发,采用有限体积法对控制方程求解,建立二维水流数学模型,模拟了乌江水流滩群整治工程前后的变化情况。本文的主要研究内容有:1)概述乌江工程河段滩群基本情况,利用现有的资料定性进行河段演变规律分析和滩群演变及成因分析。2)运用方程组的离散的方法,对控制方程进行求解,建立了适用的一维水流数学模型;运用有限体积法,建立适用的二维水流数学模型,模型验证结果表明,模型计算的水位、流速与实测资料较接近。3)针对整治河段的滩险特性和要求达到的航道等级及所要求的整治原则,对该河段滩群做出了系统的治理方案。4)将本文所建立的二维水流数学模型应用于乌江航道滩群整治研究中,对所作出的两个治理方案进行系统的分析研究,通过计算分析发现,工程方案实施后,水流条件较工程前大为改善,航道水深、流态均达到预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外水沙数值模拟研究现状
• 1.3 水沙数值模拟的发展动态
• 1.4 本文的主要工作及技术关键点
• 1.4.1 主要工作
• 1.4.2 技术关键点
• 第二章 乌江河段滩群基本情况及演变规律
• 2.1 乌江河段滩群的基本情况
• 2.1.1 滩群流域概况
• 2.1.2 水文、泥沙
• 2.1.3 滩险历史整治概况
• 2.1.4 设计水位
• 2.2 滩险演变及成因分析
• 2.2.1 郭母子滩
• 2.2.2 狮子口滩群
• 2.2.3 三峡成库后河床演变分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 乌江平面一维水流数学模型
• 3.1 基本方程
• 3.2 方程组的离散与求解
• 3.3 边界条件
• 3.4 支流入汇及糙率的选取
• 3.5 一维模型验证计算
• 3.5.1 验证资料
• 3.5.2 验证结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 乌江平面二维水流数学模型
• 4.1 平面二维水流数学模型
• 4.1.1 基本方程
• 4.1.2 定解条件
• 4.1.3 网格设计
• 4.1.4 数值计算方法
• 4.2 乌江平面水流二维数学模型
• 4.2.1 模型计算区域
• 4.2.2 边界条件及网格划分
• 4.2.3 参数的选取和关键问题的处理
• 4.3 模型计算结果验证
• 4.3.1 模型验证
• 4.3.2 流速验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 乌江滩群整治方案及计算结果分析
• 5.1 滩群整治工程
• 5.1.1 整治原则
• 5.1.2 设计水位与整治参数
• 5.2 整治设计方案（一）
• 5.2.1 狮子口滩群
• 5.2.2 郭母子滩
• 5.2.3 整治方案（一）二维数值模型网格
• 5.3 方案（一）后流场的影响分析
• 5.3.1 工程方案（一）对流场的影响
• 5.3.2 工程方案（一）后结果分析
• 5.3.3 工程方案（一）存在问题分析
• 5.4 整治设计方案（二）
• 5.4.1 整治方案较方案（一）调整
• 5.4.2 整治方案（二）二维数值模型网格
• 5.5 方案（二）后流场的影响分析
• 5.5.1 工程方案（二）对流场的影响
• 5.5.2 工程方案（二）后结果分析
• 5.6 整治方案综合比较
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果