河道整治工程数值模拟分析

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1、第4期(总第190期)山西水利科技71文章编号：1006—8139(2013)04—071—03河道整治工程数值模拟分析鲁俊蓉(广东水利电力职业技术学院广东广州510610)摘要：通过建立平面二维数学模型，应用MIKE21水动力模块对某工程险段拟采用的方案流场进行动态模拟，并对比分析工程方案实施前后险段流场的变化情况，为该工程险段河道整治方案工程设计提出建议。关键词：流场；二维；数值模拟中图分类号：TV85文献标识码：BNumericalSimulationofRiverTrainingWorksLUJun——rongAbstract：Establ

2、ishingatwo—dimensionalmathematicalmodel，applyingthecommercialsoftwareMIKE21"swaterpowermoduletosimulatedam'sflowfield，comparingandanalyzingthechangesofdangeroussectionofflowfieldafterschemeimplementation，thepapergavereasonablesuggestiontothedesignandconstruction，foracetainrive

3、rtrainingworks．keywords：flowfield；twodimension；numericalsimulation国内外对于河岸整治工程的研究已有近百年的历史，早期1．2整治方案设计的研究主要是通过物理模型试验，随着计算流体力学和计算机造成工程险情的主要原因就是险段上游大矶头的挑流影技术的发展，数值模拟的方法被广泛采用。1999年蒋昌波等将大响，要从根本上解决问题就应该考虑切短大矶头。整治方案拟涡模拟法成功的模拟出非淹没式丁坝上、下游流场的特征及变切短三杯茶险段上游大矶头，并实施清障措施，按3：1的坡度化规律，且跟水槽试验观测资料

4、对比吻合良好t1。2001年李国斌进行拆建加固。．为分析方案实施后，某工程险段流场的变化，本等通过建立平面二维数学模型计算研究天然河道淹没式丁坝群文选择了险段河道的4个测流断面，共28个测点进行监测，工流场，计算结果不仅跟水槽试验资料基本吻合，还和长江八卦洲程布置和测点布置如图1。河段物理模型实测资料吻合很好2005年冯民权、黄文典等采用二维数值模拟对非淹没和淹没丁坝流场进行了研究。近年来，数学模型在工程实践中的成功应用也越来越多，MIKE21水动力模块可以模拟各种力作用下水流的变化，可以模拟任何自由表面平面二维流场，在实际工程中应用广泛，本文也将

5、应用该模块对某工程险段拟采用的方案流场进行动态模拟。1某险段工程概况及整治方案设计1．1某险段工程概况某工程险段位于⋯S’形微弯河道中后段，上游右岸有一突出图1切坝整治方案及测点布置的大矶头，其效果相当于在河道布设了一道长丁坝，右岸形成大回流，河道宽度被大幅束窄，过流断面减小，流速增加，河床不断2流场二维数学模型的建立下切，另外河道水流受到大矶头的挑流影响，高速水流直冲左岸，造成矶头下游河道左岸岸坡坍塌、岸线后退、河槽变深，严重2．1基本方程影响其河岸安全，必须采取一定措施保护左岸岸坡。不考虑源项、汇项、风摩擦力、潮汐和科氏力等的影响，水收稿日期：

6、2013-06—06修回日期：2013—06—21作者简介：鲁俊蓉(1979一)，女，2002年毕业于河海大学水利水电建筑工程专业，2012年获中山大学水利工程硕士学位，工程师。72鲁俊蓉：河道整治工程数值模拟分析2013年11月流运动的基本方程如下：均匀，有利于洪水下泄。水流连续方程：另外从某工程险段方案实施后和现状主流宽度对比图(图0z++粤=0(1)3)上可以清楚的看到，切短大矶头后，矶头对水流的挑流作用_o'to9coy大幅减少，险段左右两岸回流宽度大幅减小，过流面积大幅增水流运动方程：加，既有利于洪水下泄，又基本消除冲刷左岸的顶冲水流，从

7、而能有效地保护河床和左岸岸坡的稳定，从根本上解决了某工程+砉(譬)+专()誓一险段问题。且在多年平均流量、多年平均洪峰流量、10年一遇洪峰流量、2O年一遇洪峰流量、50年一遇洪峰流量下，流速和流E(争+争)=0场变化情况具有相同的规律。总而言之，从数值模拟结果分析来看，方案从出险的主要+O()+鲁()埘一y原因人手，切短险段上游右岸大矶头，增加了险段过流断面，断面平均流速和断面最大流速均有大幅度的减小，主河床和左岸E(軎+)=0㈩贴岸水流流速明显减小，基本消除冲刷左岸的顶冲水流，整治式中：c一谢才阻力系数；．效果很好。E一紊动扩散系数；g一重力加速

8、度；h一水深；一{—．--现状P、q一、Y方向单宽流量；—一，★一方案后、Y一空间坐标；卜时间；=2。25l15OO50l