黄河河道实体模拟若干设计理论及其应用

论文题目: 黄河河道实体模拟若干设计理论及其应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 水力学及河流动力学

作者: 姚文艺

导师: 严忠民

关键词: 河工动床模型,模拟理论与技术,模型试验,河流模拟,河道整治,黄河

文献来源: 河海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在河流工程问题尤其在河床演变这类过程复杂、三维性突出的问题研究中,实体模型试验是一项重要的科学研究方法之一。对于黄河这类水流含沙量高且水沙搭配关系不合理、河床冲淤剧烈且堆积性强、河势调整迅速且摆动幅度大的河流,其演变过程有着更为突出的复杂性和特殊性,由此,也就决定了在一些重大、复杂的河流治理问题研究中,往往需要采取结合实体模型试验或以实体模型试验为主的综合研究手段。因此,针对黄河河道实体模型试验中存在的若干模拟理论与技术进行攻关,对于实现我国大江大河尤其诸如黄河等多泥沙河流治理的现代化,提高江河治理的科技水平有着很大的实践意义,同时,这也是促进我国水科学研究实验领域发展的重要课题。 本论文利用理论分析、数值计算、实体模型试验验证和应用检验的手段,基于河床演变学、河流地貌学、水动力学及相似法则的理论,针对黄河实体模型试验中常遇到的一些试验方法与技术问题进行研究,并将提出的设计理论和方法在黄河河道治理的模型试验中得到了应用检验,不仅证明了这些方法的合理性,同时,在河道整治理论和规律方面也取得了不少认识,为黄河下游河道治理的工程实践提供了很有价值的参考依据。论文的主要创新内容包括根据河流地貌系统理论及实体模型相似理论,提出了用于河型变化段的河工动床模型“分段设计,过渡处理”的设计方法;基于能量守恒原理和水动力学方法,探讨了多泥沙河流河工动床模型“人工转折”设计的原理、原则和方法,并给出了黄河下游河道弯曲性窄河段河工动床模型的设计实例;依据河床演变学的原理,结合数值模拟的方法,提出了“松驰边界”试验方法。 本论文提出的河型变化段河工动床模型设计方法、“人工转折”模型设计方法及“松驰边界”试验技术已得到成功应用;得出的有关黄河下游河道治理的研究成果已在黄河治理实践中被采纳。

论文目录:

前言

摘要

ABSTRACT

目录

图列表

表列表

符号表

第一章 绪论

1.1 研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 黄河河工模型研究回顾

1.3 河道实体模拟理论与技术研究的新方向

1.3.1 存在的主要问题

1.3.2 研究新方向

1.4 主要研究内容与创新成果

1.5 学术思想与研究技术路线

1.5.1 学术思想

1.5.2 技术路线

第二章 黄河实体模型的一般设计理论与试验量测技术

2.1 水沙运动基本方程

2.2 河道实体模型相似准则及一般问题的处理

2.2.1 相似准则及相似比尺

2.2.2 一般问题的处理

2.3 模型试验量测技术

2.3.1 概述

2.3.2 量测仪器及手段

2.4 本章小结

第三章 河型变化段河道实体动床模型设计理论与方法

3.1 问题的提出

3.2 设计理论基础

3.3 设计方法

3.3.1 模拟河段原型河道概况

3.3.2 相似条件确定

3.3.3 相似比尺计算

3.3.4 模型相似比尺总汇

3.4 模型验证试验

3.4.1 验证水沙条件

3.4.2 验证试验结果

3.5 本章小结

第四章 河道实体动床模型“人工转折”设计理论与方法

4.1 问题的提出

4.2 “人工转折”设计原理

4.3 “人工转折”设计原则

4.4 “人工转折”设计方法及设计实例验证

4.4.1 模拟河段河道概况

4.4.2 模拟河段人工转折设计的可行性分析

4.4.3 人工转折导流槽的设计

4.4.4 转折导流槽率定试验结果

4.5 本章小结

第五章 河道实体动床模型“松驰边界”试验理论与方法

5.1 问题的提出

5.2 “松驰边界”试验方法的理论依据

5.2.1 “松驰边界”试验方法的理论基础

5.2.2 公式率定和验证

5.3 “松驰边界”试验方法的设计

5.4 本章小结

第六章 实体模拟若干设计理论的应用

6.1 河型变化段河道动床模型设计理论与方法的应用

6.1.1 河道整治试验设计

6.1.2 河道整治方案概况

6.1.3 河道整治方案适应性研究

6.1.4 整治工程控导作用分析

6.1.5 河床过程对河道整治的响应关系

6.2 “人工转折”设计方法的应用

6.2.1 试验研究内容

6.2.2 模型设计

6.2.3 试验及计算方案

6.2.4 挖河减淤机理及关键技术试验分析

6.3 “松驰边界”试验方法的应用

6.3.1 模拟河段河道概况

6.3.2 模型设计

6.3.3 方案试验结果

6.4 本章小结

6.4.1 对河道整治的认识

6.4.2 关于黄河挖河减淤关键技术的认识

第七章 总结与展望

7.1 主要结论与创新成果

7.1.1 主要结论

7.1.2 主要创新成果

7.2 有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

附录Ⅰ

附录Ⅱ

发布时间: 2006-01-16

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