透空式涉水建筑物对河道水流影响的数值分析

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1、河海大学工程硕士学位论文1．2珠江水系概况【1]f2J[3]【4】珠江水系由西、北、东江及珠江三角洲诸河组成，流域跨滇、黔、桂、粤、湘、赣6省(自治区)和越南的东北部，流域总面积45．37万km2，其中我国境内的流域面积44．21万k【【12，是我国南方最大的河流，珠江主流为西江。珠江三角洲是西、北、东江的冲积平原，范围包括西、北江经思贤窖连通后以下的西、北江三角洲和东江石龙以下的东江三角洲，以及入注三角洲的诸河，流域面积2．68万km2，占珠江全流域面积的5．91％，在进入网河区的3260亿in3年径流量

2、中，西江占77．1％，北江占12．8％，东江占7．6％，流溪河、增江和潭江合计占2．5％。珠江三角洲网河交错，水道纵横，网河密度高达0．81km／km2，进入三角洲的珠江径流由八大口门出海，俗称“三江汇流八口出海”。1．3珠江三角洲网河区透空式涉水建筑物概况【1]【2l【51【61珠江三角洲网河区透空式涉水建筑物多为水闸、桥梁、码头、取水口等。据不完全统计，水闸64座，其功能多为分洪泄洪、挡潮排涝、灌溉等，布置形式以左右对称、上下游平顺为主。据遥感资料说明，在三角洲主要河道上，1988年桥梁61座，1998

3、年为216座。按《广东省内河航道总体布局规划》，至1996年底，广东省共有港口118个，其中沿海港口36个，内河港口82个，至1995年末，珠江三角洲经济区共有集装箱泊位155个，其中1990年以后新建泊位86个，另外珠江三角洲的散货码头、油码头、客运码头、工作船码头等也很多，码头的布黄型式有顺岸重力式、板桩式和栈桥高桩式。1．4研究河势与透空式涉水建筑物相互关系的方法河道水流的流态，又称河势，河势对河床的影响通过泥沙运动来实现，对建筑物又表现水流通过与建筑物上下表层及建筑物附近河床边界面的接触而发生变化。

4、研究河道水流的流态、河势对河床的影响和建筑物的影响的方法有两类：物理模型模拟方法和数值计算方法。1．4．1物理模型模拟方法[6I[71[81物理模型模拟是基于所谓相似理论通过一定的比尺将原型转换为模型研究物理现象的方法。河道水流的流态和河床演变是一类物理现象，考虑主要的水第一章绪论流相似条件设计模型，使之尽量相似。研究透空式涉水建筑物对河道水流的流态的河道模型除了要基本满足一般的河道模型所遵循的相似原则外，还应满足透空式涉水建筑物的阻水效应和桩基阻力等的相似。采用物理模型具有直观、准确、易操作的特点。随着量

5、测技术的发展，物理模型试验的精度有了很大的提高。19世纪中叶，法国工程师米那尔提出桥墩最大冲刷深度是在支墩上游侧的见解，鸠朗一克列伊对桥墩的绕流情况进行了实验室的试验。在我国，由于黄河防洪的需要，治河工程早已发展，至明朝潘季驯时已提出“束水攻沙”、“分流必淤”的理沦，到20世纪50年代，通过对实测资料进行的理论分析，对江河演变规律的认识进一步深化，有关自然情况下和修建水工建筑物后的河床演变，都已有不少专著，研究手段有分析野外实测资料及进行理论探讨的，有采用物理模型试验方法的。为了解决不同规划阶段河口整治的问

6、题，长江口整治物理模型，珠江口物理模型和钱塘江口物理模型均已建成，在研究河口水流方面发挥了重要的作用。黄河河口物理模型也正在建设。但是，物理模型试验也有其缺点：费用高、周期长、对外界条件要求高，并且模型的制作、安装乃至整个试验过程均需耗费大量的人力、物力，这必然给经济而系统的研究带来一定的困难。同时，模型理论上也有一定的困难。由于场地、费用等原因河道模型一般均用平面正态、垂向变态的模型，而研究水工建筑物对水流的影响，特别是阻力作用必须使用平面正态、垂向正态的模型。使用平面正态、垂向变态的模型会带来误差。1．

7、4．2数值模拟的方法数值模拟方法的特点是可以给出流体运动区域内的离散解，从一次数值解中无法看出来流参数变化引起的变化趋势，这是与其理论分析方法的一个重要区别。但它可以用比试验所需的花费少得多地给出流场内细节的定量描述，且若数值模拟方法的数学涵义(包括控制方程和边界条件)是正确的，则可在较广泛的流动参数范围内较快地给出流场的定量结果，而不受试验中固有的约束条件的影响。当然要建立正确的数学涵义必须和试验研究相结合。此外，实际问题中抽象出来的数学涵义往往是十分复杂的多维非线性偏微分方程组，其数值解的数学理论尚研究

8、得不够充分，如严格的稳定性分析、误差估计、收敛性和唯一性等理论的发展还跟不上数值模拟的进展，因而也往往需要进行数值试河海大学工程硕上学位论文验，并与物理分析相结合来验证数值解的可靠性。可见，各种研究手段必须有机地结合才能尽快地推动流体力学的发展，多快好省地解决各类工程实际问题。由于计算流体力学和计算机科学的迅速发展，数值模拟方法在解决流体力学问题中的地位和作用得到了有力的改变。计算流体力学分支的形成和发展绝不是流