无压隧洞内悬沙冲淤特性数值模拟研究

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1、III摘要论文题目：无压隧洞内悬沙冲淤特性数值模拟研究学科专业：水力学及河流动力学研究生：韩明克签名：指导老师：王新宏副教授签名：摘要无压隧洞泥沙淤积问题是引水工程中必须解决的问题，当引水隧洞发生淤积时，就会影响到整个引水工程的安全运行。本文对国内有关无压隧洞的发展进行了评述，就该问题有关的国内外数值模拟研究进行了回顾。为满足隧洞横向冲淤变形计算的需要，及适用于长历时长距离的隧洞床面变形计算，先求解一维水流得到沿程各断面上的水力要素，再利用简化后的二维方程求解垂向平均流速和边界切应力在横断面上的分布，并将该结果用于隧洞纵、横向冲淤

2、计算，从而建立了准二维泥沙数学模型。利用冯家山水库26年实测水沙系列，对模型进行验证计算，计算得到的冲淤情况和实测的冲淤情况基本吻合。#利用验证后的数学模型，对中部引黄工程1隧洞进行了悬沙冲淤特性数值模拟研究。对隧洞未来5年的冲淤过程进行了预测计算，得出了在设计水沙系列条件下隧洞的纵剖面变化、冲淤量、水面线、断面含沙量垂线分布、净空面积等计算成果。并对两种典型流量大含沙量的方案结果进行了分析，得出相关的悬沙冲淤特性计算结果。分析表明，按照设计水沙系列运行，净空面积符合规范，不设沉沙池是可行的。关键词：无压隧洞；数值模拟；泥沙淤积；

3、净空面积；沉沙池IAbstractTitle:STUDYONTHESEDIMENTDEPOSITIONINFREE-FLOWTUNNELBYNUMERICALMODELMajor：HydraulicsandRiverDynamicsName：Ming-keHANSignature:Supervisor：AssociateProf.Xin-hongWANGSignature:AbstractTheissueofsedimentdepositioninfree-flowtunnelofthediversionprojectshould

4、besolved,becauseitwoulddoharmtothesafeoperationof-alldiversionproject.Thedevelopmentathomeofthefree-flowtunnelhavebeendiscussedinthepaper,alsotheresearchofnumericalonthoseissuesallovertheworldhavebeenreviewed.Inordertomeetthecalculationrequirementsoflateraltunneldefor

5、mationandtofitforlongdurationandlong-distanceoftunnelbeddeformation.Firstly,weobtainhydraulicfactorsofsectionsalongthetunnelbysolving1-dflowequation.Secondly,wegottransversedistributionofaveragevelocityinverticalandboundaryshearstressbysolvingsimplified2-dflowequation

6、.Thentheresultsareusedtocalculatetunnelbeddeformation,soaquasi2-dsedimentmathematicalmodelisestablished.Byusing26yearsdesignrunoffwaterandsedimentseriesofFengjiashanreservoirandadoptingmathematicalmodeltovalidatetheresults.Theresultscoincidewithnon-silting,non-rednatu

7、ralriver.Byusingprovingmathematicalmodel,itmakesstudyonthenumericalmodelofsediment#depositionin1canalofmiddlerouteprojectofYellowRiverdiversion.Withpredictioncalculationoffuture5yearsoferosionanddepositionprocess,thecalculationresultssuchaslongitudinalsection,quantity

8、oferosion-sedimentation,watersurfacecurve,verticaldistributingofsedimentconcentrationofsection,cross-sectionareaareobtained.