一、平面二维全沙数值模拟方法及其应用（论文文献综述）
梁翔[1]（2021）在《展宽边界条件下淤积模式划分及其形成机理分析》文中认为河道展宽边界是影响泥沙淤积的重要因素,随着河道边界宽度的增加,水流趋缓、挟沙能力下降,河道自身通过不断地调整形成泥沙淤积以减小过水断面面积,进而提高水流挟沙能力,从而促成新的平衡。因此展宽边界条件下河道的演变过程较为复杂。青岚湖改道工程是拟建再改道段,自西向东将抚河水流引入青岚湖,使得抚河水流经由青岚湖区和青岚湖出口与抚河交接口流向下游,即入湖位置、河湖关系等发生根本性的变化,形成了一个典型的入湖展宽河道。目前,青岚湖改道工程河工模型试验已经完成、数值模拟研究有初步结果。为进一步研究展宽边界条件下泥沙淤积反馈调整规律,本文运用数值模拟方法对展宽边界条件下泥沙淤积规律及淤积模式进行探讨。首先基于MIKE软件建立青岚湖改道工程二维水流数值模型,依据实测水文资料对青岚湖改道工程模型的水位进行了率定;然后开展系列年泥沙淤积数值模拟研究,并对数模计算成果进行分析;其次结合已有的物理模型实验结果,对展宽边界条件下泥沙淤积规律及淤积模式进行探讨;最后建立展宽边界河道概化模型来分析不同淤积模式的形成机理及其特性。最终得到以下结论:（1）青岚湖改道工程数物模结果表明:展宽边界条件下泥沙淤积平面上自上而下发展,淤积体垂向发展前期快后期慢;青岚湖颈部出现带状淤积及侧堤式淤积,湖区出现主流分汊、主槽摆动等现象。数物模淤积前后沿程水面线、比降、流速呈现相同的变化规律;数物模局部淤积体垂向发展及淤积总量发展变化趋势相同,均为前期增加较为迅速、后期趋于稳定的变化趋势;湖区横断面淤积发展过程中,数物模最终主槽沿程断面河相系数相差不大,断面特征相似,但主槽相对位置以及淤积冲刷高程有所差异。（2）展宽边界条件下存在以主流惯性力为主导和以淤积反馈为主导的两种淤积模式。以主流惯性力为主导的淤积模式受上游水流惯性力作用,淤积前后主流位置基本保持不变,淤积过程中非主流位置的淤积起到了束缚水流的作用、增加了主流流速,使得主槽在主流的推动下不断向下游发展,在展宽河道主槽塑造过程中上游主流水流惯性起了主导作用;以淤积反馈为主导的淤积模式,主流前沿淤积对主流产生较大的反馈作用,淤积过程中主流位置处的淤积,使得主流位置流速减小,而主流两侧流速大于主流流速,迫使主流发生分汊或摆动现象,此过程反复出现,因此淤积反馈是影响整个淤积调整过程的主导因素。（3）概化模型实验大水大沙工况下,湖区淤积以水流惯性力为主导的淤积模式发展,湖区平面淤积较为简单,主流位置保持不变,未出现主槽摆动等现象;糙率、泥沙粒径等因素的改变不影响沿程水流变化规律和湖区断面淤积发展规律。（4）概化模型实验小水小沙工况下,湖区淤积以淤积反馈为主导的模式发展,湖区平面淤积变化较为复杂,出现主流分汊、主槽摆动等现象;糙率、粒径等因素会影响沿程水流变化规律和湖区断面淤积发展规律。
庄灵光[2]（2020）在《长江中游调关莱家铺弯曲河段河床演变对水沙变化的响应机理研究》文中认为三峡水库的运行改变了出库的水沙条件,下游弯曲河道输沙与冲淤的相对平衡状态被打破,在严重次饱和含沙水流作用下,主河槽及深泓向凸岸侧移动,部分弯曲河道下段凸岸侧高滩持续崩退。通过实测资料收集、原型观测资料分析、数值模拟等手段,对研究河段河道演变特性及水沙运动特性进行了分析,对本河段河床演变对水沙变化的响应机理进行了研究,主要研究内容及成果概述如下:1.长江中游调关莱家铺弯曲河段的河道演变特征分析收集了本河段在三峡水库运行前后的河道水流与泥沙特性,分析在三峡水库运用后径流过程及输沙过程变化特点,根据实测资料分析水流动力轴线及含沙量分布沿程变化以及推移质输移特性,认为中水历时的增加导致主流流经凸岸的时间增长,以及上游来流的含沙量大幅度减小是导致凸岸冲刷的原因。2.调关莱家铺弯曲河道演变数学模型的建立在资料收集的基础上,建立了调关莱家铺弯曲河道的二维水沙数学模型,进行了水动力验证,计算得出的流速分布及水位与实测数据吻合较好,经后报检验验证能够较好模拟本河段冲淤趋势。3.水沙运动特性及河床演变对水沙变化的响应机理研究通过水动力数值模拟对比不同流量下各断面水流动力轴线的摆动幅度,认为水流条件的改变是导致水流动力轴线摆动的主要因素,河道曲率的大小影响水流动力轴线摆动对流量改变的响应。水沙数值模拟表明三峡运用后弯曲河道出现凸冲凹淤的现象是水沙共同作用的结果,选用了不同水沙因子计算对河道演变的相对贡献率,认为三峡水库出库泥沙的大幅减少是导致凸冲凹淤的关键因素。4.水沙条件变化情况下调关莱家铺弯曲河道的河床演变趋势预测对未来十年的冲淤演变情况进行了数值模拟,结果表明本河段在未来十年内总体将保持冲刷趋势,考虑由于三峡水库的作用,来沙量减少在未来很长一段时间内终将持续,受来水来沙条件改变的影响,调关弯道进口段凸岸边滩以及莱家铺弯顶附近凸岸边滩将在很长一段时间内持续受到冲刷。
赵杰[3]（2020）在《汾河水库库区水沙两相流数值模拟研究》文中研究指明水是生命之源,也是战略资源,解决水瓶颈、提供水保障,是重大战略问题。煤长水短是山西目前不可忽视的问题之一,不解决好水的问题,山西就有战略之忧。在山西省全面推动“五水综改”的背景下,作为汾河流域第一大水库,汾河水库在山西地区的经济社会发展中扮演了重要角色。然而水库在运行前期淤积了大量的泥沙,导致有效库容明显减少,严重影响了水库综合效益的良性发挥,显着增加了对水库及下游人民生命财产安全的威胁。因此本文建立二维水沙输运模型研究在不同影响因素下水库水沙输运规律,得出径流因素对水库冲淤影响最大的结论,进而搭建三维水动力模型对入库洪水的三维运动规律进行数值模拟分析,最后提出合理的泥沙控制方案,可为汾河水库的运行管理以及水库调度等提供科学依据。主要的研究内容及成果如下:（1）本文以汾河水库为研究载体,根据水库所在区域的电子海图,结合库区周边的水陆环境确定模拟范围,建立非结构化三角形网格,得到水深数值地形文件。通过对糙率、源汇项等各种参数的设定,分别搭建二维水沙与三维水流数学模型,根据实测数据验证模型的准确性与合理性,验证结果表明均方根误差在误差允许范围内,所建模型的拟合度度满足要求,可用于对水库的数值模拟研究;（2）基于已有的水文资料,综合考虑对库区水沙运动及冲淤变化产生影响的多种因素,结合泥沙输移模块,建立起二维水动力泥沙输移耦合模型。本文设计入库径流总量、库区降雨量、不同水沙来源3种影响因素进行单因素控制试验,采用Engelund-Hansen全沙公式对汾河水库在2018年汛期的泥沙输运及淤积状况、水下地貌演变过程进行了模拟分析。二维水沙模拟结果表明:1)水流进入库区后,悬沙浓度与输沙率随水流挟沙力的沿程降低而逐渐减少。与汾河水库库区床面高程沿程降低的情况相反,水库泥沙纵向落淤量沿程逐渐增加。坝前的淤积量最大,长此以往将对泄洪洞闸门的开启带来一定影响。2)汾河水库包括两个水沙来源:汾河干流与支流涧河。不考虑支流涧河入汇时,各断面冲淤变化率均在8%以下,纵剖面甚至接近于0,不考虑汾河入汇时,各断面冲淤变化率均在90%以上,故水库的纵横向冲淤变化主要受汾河干流的来水来沙影响。涧河的来水来沙主要影响2#断面的冲淤变化,对水库上部影响甚微,同时对库区中下部的影响也远小于汾河干流。汛期入库径流量是影响水库纵横向淤积与悬沙浓度分布变化的重要因素,同等条件下库区降雨量因素的影响基本可以忽略。故研究汛期入库水流的流场分布对水沙输运规律的分析具有较强的指导性作用。3)基于Surfer软件计算得到截止2018年汾河水库泥沙淤积库容为39953万m3,超出水库设计的泥沙淤积库容5453万m3,侵占了兴利库容的14.9%,已严重影响了水库综合效益的发挥。（3）针对水库复杂的地理和边界条件,基于三维水动力模型,结合汾河水库的洪水资料,模拟分析了汾河水库在p=0.5%、1%、5%、20%共4种不同频率洪水过程中库区水体表、中、底层的三维流场变化过程,以及水库的水位、库容等随时间的变化及其相互之间的关系,直观显示了洪水在库区垂向与横向上复杂的运动情况,三维水流模拟结果表明:1)在不同频率洪水条件下,库区水流速度规律符合:在纵向上,从入库口到坝前沿程显着降低;在垂向上,库区各个部位的流速均符合从表层到底层逐渐减小的规律。库区各部分流速随着洪水频率降低而增大,应注意防护水库岸坡,避免洪水的严重冲刷导致的塌岸。水位峰值与平均水位值均随着洪水频率的减小而增加,两者的差值随着洪水频率的减小而增加,水位变化幅度大,大坝承受的动水压力变化频率大,溃坝风险显着增加。2)各层流速随着洪水频率的增加呈现显着减小的趋势,且各层之间的流速梯度逐渐减小,说明随着洪水频率的不断增加,水体流速沿垂向逐渐变均匀。当洪水频率P<20%时,需采用三维模型进行分析研究。3)水位峰值的出现时间滞后于洪峰的出现时间,且滞后时间差随洪水频率的减少而不断增加。4)受水库地形影响,库容变化受水位影响的灵敏度逐渐增大,库容随水位增加的单位变化值逐渐增大。本文基于最小二乘法拟合得出目前的水位-库容的关系曲线,可为水库的运行管理调度提供一定的科学依据。（4）本文较系统地研究了汾河水库汛期水动力条件和泥沙冲淤分布规律,针对当前汾河水库的上减下排的泥沙治理措施,提出以下减淤措施:1)汛期冲沙;2)设置潜坝,利于汛期结束后泥沙的集中清理;3)在水库上游的汾河流域做好水土保持工作,从源头减少水库的入库泥沙量。本文的研究可为缓解水库的泥沙淤积问题、延长水库的使用寿命、充分发挥水库的综合效益提供有力的理论依据和技术支持。
王磊[4]（2020）在《江西省抚河拟改道后青岚湖区泥沙淤积数值模拟研究》文中研究指明抚河、青岚湖位于江西省东部,同属于鄱阳湖流域。抚河改道工程实施后,青岚湖的河湖关系发生根本改变,在改道下游将会形成典型的展宽入湖河道,原抚河内全部泥沙将经由青岚湖向下游输送,这必然会在青岚湖内产生大量泥沙淤积,改变青岚湖形态。根据河工模型试验的结果,在河道的沿程淤积调整过程中容易出现堤式淤积,点坝、顺坝等淤积形态,还会出现切滩,河道摆动等现象。本论文主要利用数值模拟的方法对青岚湖区淤积调整过程中可能出现的现象进行模拟。首先,本文基于Mike软件建立二维水流数学模型,并依据实测水文资料对模型的水位、断面流速分布进行了率定验证;其次,利用所建二维水流数学模型对改道工程实施前后研究区域的水流条件进行了模拟,分析了改道前后研究区域的水位、流速情况;最后,利用所建二维水流数学模型耦合其中泥沙模块,基于长系列年水沙条件和典型工况条件对改道工程实施后青岚湖区的泥沙淤积进行了模拟,并对泥沙淤积发展过程以及淤积前后水流条件变化进行了分析。得到以下结论:（1）所建模型模拟近似度较高,可以对研究区域的水流以及泥沙淤积过程进行数值模拟。（2）改道工程实施后,改道河段上游抚河河段水位有不同程度的降低,而青岚湖区水位普遍壅高,青岚湖区及改道段上游流速增大,改道段上段流速大于下段流速;河洪工况下研究区域水位流速变化明显,湖洪工况下水位流速变化情况与河洪工况一致,变幅有所减小。（3）青岚湖区的淤积发展过程主要表现为自上而下发展;青岚湖颈部淤积过程中河槽单一,青岚湖腹部淤积较为复杂出现了分汉、河道摆动等现象;淤积后高程基本与水位持平;淤积后青岚湖区水位整体抬高,比降略有增大,受到河床束窄的影响湖区内流速整体增大;此外,淤积过程中,心滩的出现致使河道断面阻力分布不均,在心滩上游一定范围内河道水位不断抬升,比降减小,出现壅水现象,流速不断减小,促使河道向心滩两侧分流。根据数值模拟结果与河工模型试验结果对比发现:青岚湖区的淤积发展过程基本一致,青岚湖颈部河槽单一,腹部出现分汊、河槽摆动等现象,说明Mike二维水沙计算可近似模拟出河道在淤积调整过程中的分汊、河槽摆动等现象。
李晓瑜[5]（2019）在《基于SPH与Couette流模式沙波运动数学模型的研究》文中提出水下沙波运动是水流泥沙搬运和沉积规律理论研究的重要方面,是河床、海床冲刷,淤积床面演变的工程研究问题之一。随着社会经济的发展,内陆以及沿海地区的城市化建设使河流整治与海洋利用提到议事日程上来。河床或海床上的泥沙运动会对航运、取水工程、河道整治工程等带来或轻或重的相应影响,因此研究沙波运动问题具有非常重要的社会现实意义。本文分别对SPH基本原理、泥沙运动理论和泥沙数学模型进行了系统的科学论述。主要研究内容与成果如下:（1）详细介绍了无网格SPH法的基本原理和基本控制方程,并对采用SPH法构建数值模型进行了详细的分析。研究过程中,通过自由表面粒子搜索技术考虑了表面张力的影响;运用人工黏性技术解决了液滴与液面之间的初始冲击效应;同时引入了边壁虚粒子和镜像虚粒子处理边界条件,能够很好地解决粒子法的边界缺陷问题,并消除容器角落处实粒子的不稳定现象。采用SPH法对液滴冲击液面问题进行数值模拟研究,说明SPH法与其他方法相比具有明显优势。介绍了离散单元法的基本思想和基本方程,用SPH与DEM耦合模型模拟泥沙颗粒在空气和水中的泥沙堆积的二维、三维休止角问题,体现了泥沙的堆积特征。（2）从N-S方程出发,采用Oseen变换和脉动流速的特征,建立了剪切流中涡量函数、脉动流速和脉动压力函数的定解问题。首次提出采用围道积分求解的方法,得到了壁面附近垂向紊流的涡量、速度、压力解,分析了解中主要参数之间的关系,为涡流理论的研究和工程实际应用提供一种研究思路。将特殊函数理论中的Airy方程解推广到复函数范围,应用围道积分方法对Airy函数的复平面解进行了研究,求出了垂向线性梯度分布流的涡量函数、脉动流速和压力函数解析解。为理论研究提供了一种新思路。给出了三阶导数循环的-函数形式,简化了方程解的表达形式。在给定边界条件的基础上,定性研究了线性梯度分布流的涡量和压力函数的分布趋势,分析了质点运动轨迹的稳定性。给出了理论近似解的表达式,并在选择参数后与前人试验成果进行了比较,说明理论近似解能描述试验资料的变化趋势。为同类型工程问题提供了一种新的研究方法。（3）从特征线理论出发,基于激波间断解这一思想,详细地介绍了基于Roe格式的近似黎曼解,以此来计算单元界面处的数值通量。采用TVD-MUSCL格式和Hancock格式把计算模型的空间和时间精度提高到了二阶,建立了具有时空二阶精度二维非恒定流水动力学模型,从而提高了模型的空间精度和时间精度。采用干湿边界处理技术,满足了计算的稳定性且保证了计算时水量的守恒。通过对经典的算例的验证计算,表明了模型具有较高的计算精度和良好的稳定性。说明了模型具备了处理缓流、急流或者急缓流交替等各种复杂流态的能力,为模型水流计算模拟提供了基本条件。（4）用Couette流方式表示底层水流,用SPH方式表示泥沙床面,粒子间的作用力不仅考虑了核函数影响范围,而且应用了粒子接触力（DEM）的连接模式。明渠中的泥沙层面采用光滑粒子堆砌,粒子与明渠流之间通过Couette流动形成底层流,Couette流的剪切力作用于光滑粒子群边界处,使床面粒子进入运动状态或恢复为静止状态。明渠泥沙数学模型采用分层耦合法,即分为上、中、下三层,首先由上层模型计算出水流,然后在光滑粒子床面与Couette流上边缘边界计算Couette剪切应力,最后将剪切应力作为光滑粒子床面的边界条件,计算粒子床面变形,从而可以修正上层模型水深。并举例验证了该完整的循环过程建立模型的可行性,变化过程拟合的较好。（5）应用明渠水流泥沙数学模型模拟沙纹出现情况,说明该模型模拟沙浪出现的可行性。描述了沙波的运动形态;沙波运动速度基本符合经验公式,并且与前人试验结果基本吻合;分析建立了模拟沙波运动的数学模型。以工程沙波问题为例研究沙脊沙波移动规律,为海底管道路由设计和施工提供依据。计算含沙量与实测含沙量具有相同量级,沙脊沙波的计算变化量与实测变化量趋势相同,模型基本能反应原型的物理变化过程,可用于模拟原型沙脊沙波变化,预报沙脊沙波的移动规律。
华厦,蓝尹余,黄惠明,王义刚[6]（2019）在《水沙数学模型的认知与建立》文中研究说明针对模型认知、选取、网格划分、参数设定、模型率定和验证等方面对水沙数学模型国内外研究成果以及应用经验进行总结归纳,并指出常见误区。水流泥沙数学模型的建立应当以能够反映客观物理过程为出发点,模型使用者需要掌握一定的水流泥沙基础知识,充分了解研究区域的水流泥沙运动情况,合理高效建模。
何勇[7]（2019）在《弯曲型交汇河口三维水沙数值模拟研究》文中认为天然河道蜿蜒曲折,河道与河道交汇形成交汇河口,对水运的发展起着控制作用。由于交汇河口紊动混掺强烈,雷诺应力大,从而造成较大的局部能量损失,泥沙易在此沉积,形成浅滩和江心洲,影响河床的演变和水运的发展,因此研究交汇水流,特别是弯曲型交汇水流和交汇口泥沙输移具有重要的实际意义。FLOW3D和MIKE3是水利工程中常用的软件,可以进行水动力、泥沙、污染物等相关数值模拟,其中FLOW3D以完整的N.S方程为控制方程,MIKE3以静压假定的三维浅水方程为控制方程,本文以经典试验来进行两种模型的验证和对比,并根据模型验证结果采取适合的工具,进行后续研究。首先,本文以休克莱弯道试验,通过水位和流速的对比对模型进行弯道水流的验证;以Shumate直渠交汇试验,通过将水位、分离区大小、横向流速、纵向流速的试验值与模拟值进行对比来进行交汇水流验证;以曾庆华120o弯道泥沙冲淤试验,通过将典型断面床底高程变化的试验值与模拟值进行比对来进行泥沙冲淤模块验证。并根据验证结果选择合适的工具。然后,用所选择的模型,建立凹岸交汇和凸岸交汇的弯曲型交汇模型,对于凹岸和凸岸交汇,均模拟流量比分别为0.75、0.417、0.25三种工况,通过分析每种工况下的水位、流场、分离区大小和流线来分析不同流量比和不同岸交汇对于交汇河口水流特性的影响。最后,本文对不同工况下模拟的流场作为泥沙冲淤模块的初始条件,添加泥沙冲淤模块,来进行不同流量比和不同岸交汇情况下的河床冲淤模拟。
黄凌霄[8]（2019）在《黄河宁夏典型河段及水库水动力与水质数值模拟研究》文中进行了进一步梳理本文以具有连续弯道的大柳树-沙坡头河段和地形复杂的鸭子荡水库为研究对象,基于RNGk-ε紊流数学模型,结合实测结果进行二维和三维数值模拟,对这两个典型研究对象进行了水流运动、泥沙输移、河床变形和水质对流扩散等问题的研究。首先,利用图像拼接算法、边缘检测算法结合CAD软件和Google Earth软件对水岸边缘进行精准检测,高效地获取研究区域经纬度信息,结合实测高程信息编程生成所需地形文件。其次,通过Bowyer-Watson算法对初始地形进行Delaunay三角化的网格剖分,构造不规则三角网模型TIN,由离散高程点生成不规则三角网,实现网格剖分后的三角形网格地形插值。再次,建立三维水沙水质数学模型和平面二维水沙水质数学模型,并将数学模型的控制方程通过瞬态项、对流项、扩散项和源项写成统一的通用形式。在此基础上,采用有限体积法中的五种格式对通用控制方程进行离散,使用基于非结构网格的SIMPLEC算法结合欠松弛技术对离散后的控制方程进行求解,利用GMES算法结合初始条件和边界条件实现离散方程组的求解。最后,对大柳树-沙坡头河段和鸭子荡水库进行了 RNG k-ε紊流数学模型的验证,对大柳树-沙坡头河段进行了四种工况的平面二维和三维水流运动、河床变形数值模拟,对鸭子荡水库进行了四种类型八种工况的平面二维水流运动数值模拟和三维水质对流扩散数值模拟。对实测的大柳树-沙坡头河段断面高程和断面泥沙粒径进行分析之后,将该河段的平面流场、断面流场、横向流速和河床变形的模拟值与实测值进行了对比,两者结果符合较好。结合实测资料,对该河段的水流运动、河床变形进行了数值模拟,得到该河段水流的流场、泥沙的运移和河床的变形会根据入口流量、悬移质含沙量、k值、ε值和出口水位的不同而产生变化。对实测的鸭子荡水库库底高程、水库等高线和水库三维地形进行分析之后,将该水库的水流流场和断面垂线平均流速的模拟值与实测值进行了对比,两者结果符合较好。结合实测资料,对该水库的水流运动进行了数值模拟,得到该水库中水流的流场和流速受进水量、取水量、风速和风向的支配。对实测的鸭子荡水库取水塔附近的七种水质指标进行采样和分析之后,将该水库中CODCr和TN浓度分布的模拟值与实测值进行了对比,两者结果符合较好。结合实测资料,对该水库的水质对流扩散进行了数值模拟,得到该水库中水质浓度的分布受进水量、取水量、风速和风向、水库中水质的初始浓度分布、入水口进水水质浓度的不同等因素的变化而改变。上述研究结果为研究类似连续弯道和类似水库的水沙运移规律和水环境治理提供了技术支撑和理论依据。
李思璇[9]（2019）在《三峡水库调蓄对荆江水沙输移及河床调整的作用机理研究》文中进行了进一步梳理随着人类对河流开发利用程度的不断增长,大型水利工程的建设改变了河流的自然水文形势,在产生一系列防洪、发电、航运、生态环境等综合效益的同时,打破了水沙输移与河道形态长时期形成的自适应关系。长江全长6300余公里,是我国第一、世界第三大河,具有丰富的淡水资源、突显的航运能力。人类活动如水土保持、水库修建、整治工程、人为采砂等在长江流域频繁发生,造成了水沙情势的改变,特别是水利枢纽工程的修建,对长江流域干支流水沙变化影响显着。三峡水库蓄水拦沙运用后,对年内流量过程进行调节,下泄水流泥沙处于不饱和状态,改变了下游河道原有的冲淤特征,河床再造是河床冲淤调整与变化的水沙条件相互调整、适应的过程。水库不同的运行方式对水沙过程的改变程度存在差异,而河道形态又直接关系到水沙输移特征,揭示重大水利工程作用下变化的水沙条件与河道响应性调整之间的相互驱动机制,对深化水沙造床作用认识、完善河流自调整原理、合理评估水库修建对河道演变的影响、优化水库运行方式等具有重要的理论与实践意义。河床自调整作用使得河床变形适应于变化的水沙条件,朝一定的平衡形态或水力几何形态发展,达到水沙过程与河道输沙能力的相对平衡状态。河床调整包括了沿程纵向冲淤调整、垂向冲淤部位变化、洲滩微地貌变形等一维、二维乃至三维的变形特征。本文基于大量原型观测资料,以荆江河段为研究对象,从整体到局部、远期到近期、现象到机理,采用实测资料分析与数学模型相结合的方法,多角度动态研究了三峡水库蓄水后不同运用时期坝下游水沙输移特征、宏观河道调整及洲滩微地貌变形,揭示水沙条件变化与河床调整的响应关系及相互作用机制,预测有、无水库调蓄及不同调蓄方式下典型河段冲淤变化。研究成果完善了大型冲积河流水沙输移、河床调整等方面的研究内容,可为水库下游河床变形预测提供依据、为合理评估三峡水库效益提供部分参考。本论文主要探讨了以下三个方面的问题:（1）三峡水库影响下荆江河段水沙输移特性变化。以三峡水库2003年投入运用及2008年175m试验性蓄水为界,分析了水库蓄水前后及不同时期水沙输移特性变化。在来水方面,水库蓄水运用对于流量过程的影响主要在于汛后蓄水期,特别是在2008年175m试验性蓄水后,汛后退水期月径流量削减幅度进一步增大,年内流量过程更为集中、均匀。调洪演算结果表明,三峡水库调度使得5000m3/s以上、10000m3/s以下来流占比明显增大,占比由29.3%增长至54.6%,不同控制宜昌下泄流量对年内流量过程影响的差异主要体现在洪峰削减及洪水过程的调节。从来沙变化来看,月均输沙量的减小主要集中在洪季510月,减幅在90%左右。在2008年175m试验性蓄水后,年输沙量呈进一步减小态势,主要体现在年内洪季及退水期出库沙量锐减,退水期9月减幅最大。水沙造床作用变化表明,三峡水库蓄水后中水流量级对应的造床作用明显增强,且在175m试验性蓄水后更为显着,这与水库调蓄改变年内流量过程,使得洪峰削减、中水持续时间增长有关。非均匀泥沙纵向输移量的时空变化反映了坝下游河床调整对于水沙条件的响应。荆江河段悬移质分组沙输移在空间上存在自上而下的推移,悬移质分组沙输移、河床形态及流量过程三者之间存在一定的响应关系。细沙主要来源于上游及沿程分汇流,粗沙主要来源于河床补给。枝城至沙市河段河床粗化已基本完成,主冲刷带下移至沙市至监利河段。在三峡水库运行不同时期,沙市至监利河段粗沙补给并未随蓄水运用年份的增长、河床粗化程度的增加而减弱,水动力强弱是决定粗沙补给程度的主要因素。联合各级流量下的冲刷动力条件和建库前后的流量频率变化,得到了1000025000m3/s是对粗沙冲刷起主要作用的流量区间,从而揭示了泥沙输移动力条件、河床形态及流量过程三者之间的响应机制。（2）荆江河段垂向冲淤部位调整与水沙条件的相互作用机理。三峡水库蓄水前,荆江河段河床形态变化在平滩河槽以下,而蓄水后河槽变形主要集中在中枯水河槽,在2008年175m试验性蓄水后,中枯水河槽冲淤量占平滩河槽冲淤量的百分比增长速率有所减缓。三峡水库蓄水导致各级流量出现频率改变、水流输沙特性发生变化。从中水河槽形态参数与各流量区间内的累积输沙能力之间的相关关系来看,在流量区间中值为16500m3/s左右时,冲刷强度与中水河槽形态相关系数最高,随流量增大,相关系数明显降低。从造床作用的角度来看,16500m3/s左右的流量具有较高的水流不饱和程度,同时,三峡水库运行后,水库调蓄改变年内水沙过程导致16500m3/s以下各流量级造床作用增加,是荆江河段冲淤部位调整的原因之一。从低滩的束水归槽作用来看,在蓄水后的十余年里,荆江河段尺度的低滩平均高程为35.28m,结合蓄水后沙市站水位流量关系,对应于沙市站流量大小为16500m3/s左右。该特征流量对应于河段尺度的中低滩临界归槽流量,对于荆江河段浅滩治理、航道整治等均具有重要意义。水沙条件导致了河道的冲淤调整及断面形态变化,而河道形态、低滩的束水归槽作用又在一定程度上决定了荆江河段的水沙输移特性。（3）三峡水库调蓄影响下洲滩微地貌变形特征。受洪峰削减、中水时间延长、来沙量大幅减小的影响,荆江河段沙质河段洲滩变形表现为中低滩洲头迎流部位退缩、滩体面积冲刷萎缩,而2008年175m试验性蓄水后洲滩冲刷加剧。三峡水库蓄水后对荆江河段江心洲及边滩冲刷力度最强的流量级在1500025000 m3/s左右。根据流量还原结果,2008年175m试验性蓄水后该流量级持续时间进一步增长,导致了洲滩仍以冲刷萎缩为主。受河床粗化、上游细沙来沙量大幅减小的影响,洲滩冲淤调整与粒径0.125<d<0.25mm沙量百分含量变化存在一定的响应关系,上游中细沙来沙量减少不利于边滩冲刷后的回淤。建立了塔市驿至城陵矶河段平面二维水沙数学模型,计算并分析了有无三峡水库调蓄以及不同调蓄方式下三种不同河型河床冲淤、滩槽变形特征。无水库影响下,研究河段的河床变形以小幅淤积为主,而现行调度方式调蓄下以冲刷为主,但有无水库调蓄下洲滩、河槽冲淤分布基本保持一致,主要原因在于蓄水前后水流与河床的相互作用物理机制并未发生变化,来沙量大幅减小导致了河段冲淤幅度的改变。随着控泄洪峰流量的增大,顺直河道边滩、弯曲河段凸岸边滩、分汊河道江心洲面积及滩顶高程呈小幅减小态势。
李健[10]（2019）在《黄河上游连续弯曲多滩险河道二维水沙特性数值模拟》文中研究表明常生码头下游多滩险河道位于黄河上游甘肃省境内,属于连续弯曲多滩险河道。该河段存在4个滩险,分别是常生码头下游滩、水沟园子1#滩、水沟园子2#滩和水沟园子3#滩,属于中洪水急流险滩兼枯水浅险滩性质的复杂滩险,集急、浅、窄、险等碍航特征。本文以数学模型为主要研究手段,以河工模型为辅助。通过搭建平面二维水沙数学模型,对常生码头下游多滩险河道整治前后的碍航特征、水力特性以及河道冲淤特性进行计算分析。主要研究成果是:（1）分析黄河上游连续弯曲多滩险河道—常生码头下游滩河道天然碍航成因,提出了四种不同的整治方案,对河道设计主航槽的水力指标以及河道冲淤情况进行计算和对比分析,得出方案四为最终整治推荐方案。（2）推荐方案中,常生码头下游滩段采取疏浚措施满足枯水流量航道整治后设计航槽内水深要求;水沟园子1#滩段采用切咀、填槽等整治措施改善水流流态;位于连续弯曲河段的水沟园子2#滩段采用切咀、疏浚、修筑潜坝等措施对中洪水流量下的流速和比降进行调节,改善水流流态,减少河道冲淤;水沟园子3#滩段采用疏浚等整治措施以改善水流流态。（3）推荐方案较好的解决了天然河道在枯水流量下部分位置设计主航槽内水深不满足通航水深,以及流态紊乱等碍航问题;在中洪水流量下水沟园子2#滩段流速比降组合无法满足消滩水力指标,从而无法满足通航要求、流态异常和河道泥沙淤积等碍航问题;以及水沟园子3#滩设计主航槽内流态紊乱、泥沙淤积问题。（4）通过对黄河上游连续弯曲多滩险河道天然情况的碍航因素以及整治方案的分析对比得出连续弯曲段的主要碍航规律以及有利于通航,改善河道冲淤效果的整治规律。（5）借助河工模型试验,对推荐方案进行验证,结果表明枯水流量下设计主航槽内水深满足通航要求,中洪水流量下水沟园子2#滩满足消滩水力指标,水沟园子3#滩设计主航槽内不存在泥沙淤积,同时在不同流量下河道内水流流态平稳,有利于船舶通航。物理模型试验验证了数学模型计算结果的合理性。
二、平面二维全沙数值模拟方法及其应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、平面二维全沙数值模拟方法及其应用（论文提纲范文）
（1）展宽边界条件下淤积模式划分及其形成机理分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究内容和技术路线 |
| 第2章 模型的建立与验证 |
| 2.1 Mike软件及模型基本理论简介 |
| 2.1.1 Mike软件简介 |
| 2.1.2 Mike21FM的控制方程 |
| 2.2 研究区域概况 |
| 2.3 模型的建立 |
| 2.4 模型的验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 青岚湖改道工程数值模拟及数物模结果对比 |
| 3.1 计算工况及模型参数选定 |
| 3.1.1 计算工况 |
| 3.1.2 模型参数选定 |
| 3.2 数模计算成果分析 |
| 3.2.1 平面淤积发展过程分析 |
| 3.2.2 淤积点及淤积总量变化分析 |
| 3.2.3 湖区横断面淤积发展过程分析 |
| 3.2.4 沿程水流变化分析 |
| 3.3 数物模结果对比分析 |
| 3.3.1 物模实验情况简介 |
| 3.3.2 淤积过程对比分析及淤积模式的划分 |
| 3.3.3 水流参数及淤积参数对比分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 展宽边界条件下不同淤积模式形成机理及特性分析 |
| 4.1 展宽边界概化模型和计算工况 |
| 4.2 不同淤积模式形成机理分析 |
| 4.3 不同淤积模式特性分析 |
| 4.3.1 不同水沙条件对淤积模式影响 |
| 4.3.2 不同糙率对淤积模式影响 |
| 4.3.3 不同粒径对淤积模式影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 研究结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（2）长江中游调关莱家铺弯曲河段河床演变对水沙变化的响应机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究方法及技术路线 |
| 1.4 研究内容 |
| 第二章 调关莱家铺河段演变特征 |
| 2.1 调关莱家铺河段概况 |
| 2.2 来水来沙情况 |
| 2.3 调关莱家铺河段河道演变分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 调关莱家铺弯曲河道演变模型的建立及验证 |
| 3.1 模型介绍 |
| 3.2 模型设置 |
| 3.3 河道演变后报检验 |
| 3.4 形态时间尺度因子准确性验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 调关莱家铺弯曲河道演变数值模拟 |
| 4.1 模型实验设置 |
| 4.2 水动力数值模拟 |
| 4.3 水沙过程模拟结果 |
| 4.4 调关莱家铺弯曲河道演变对水沙过程变化的响应机理分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 水沙过程改变后下游调关莱家铺弯曲河道演变趋势预测 |
| 5.1 预测模拟设置 |
| 5.2 预测模拟结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
（3）汾河水库库区水沙两相流数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 水库淤积 |
| 1.2.2 水动力数值模拟 |
| 1.2.3 泥沙数值模拟 |
| 1.3 工程概述 |
| 1.3.1 工程效益 |
| 1.3.2 水库淤积现状 |
| 1.4 流域状况 |
| 1.5 研究内容与技术路线 |
| 1.5.1 研究内容及方法 |
| 1.5.2 研究技术路线 |
| 第2章 汾河水库库区平面二维水沙输运规律分析 |
| 2.1 二维水沙模型的理论基础 |
| 2.1.1 水流运动基本方程 |
| 2.1.2 泥沙运动基本方程 |
| 2.1.3 沙输移模块(ST)基本原理 |
| 2.1.4 初始条件与边界条件 |
| 2.1.5 螺旋流 |
| 2.2 水库泥沙淤积形态 |
| 2.2.1 库区纵剖面淤积 |
| 2.2.2 库区横断面淤积 |
| 2.2.3 汾河水库淤积三角洲演变分析 |
| 2.3 汾河水库库区平面二维水沙模型的建立 |
| 2.3.1 研究区域范围及网格剖分 |
| 2.3.2 生成数值地形 |
| 2.3.3 模型边界及参数设定 |
| 2.3.4 数学模型的验证 |
| 2.4 控制条件对水库淤积的影响 |
| 2.4.1 模型的敏感性因子 |
| 2.4.2 断面的选取原则 |
| 2.4.3 研究区域的划分 |
| 2.5 数值模拟结果分析 |
| 2.5.1 库区降雨量的影响 |
| 2.5.2 不同水沙来源的影响 |
| 2.5.3 入库径流量的影响 |
| 2.6 综合比较分析 |
| 2.6.1 控制因子比较分析 |
| 2.6.2 泥沙淤积库容分析 |
| 2.7 泥沙控制措施 |
| 2.7.1 汛期冲沙 |
| 2.7.2 设置潜坝 |
| 2.7.3 水土保持 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 汾河水库库区三维水流运动规律分析 |
| 3.1 三维水流模型的理论基础 |
| 3.1.1 概述 |
| 3.1.2 基本控制方程 |
| 3.1.3 方程离散 |
| 3.1.4 网格划分及空间离散 |
| 3.1.5 湍流闭合模式 |
| 3.1.6 定解条件 |
| 3.2 汾河水库库区三维水动力模型的建立与验证 |
| 3.2.1 研究区域 |
| 3.2.2 网格剖分 |
| 3.2.3 模型参数选择与验证 |
| 3.2.4 水库泄洪方式 |
| 3.2.5 数值模拟计算方案 |
| 3.3 洪水演算模拟成果与分析 |
| 3.3.1计算方案1 |
| 3.3.2计算方案2 |
| 3.3.3计算方案3 |
| 3.3.4计算方案4 |
| 3.4 综合比较分析 |
| 3.4.1 流速分析 |
| 3.4.2 水库库容与水位关系比较分析 |
| 3.4.3 洪峰流量与水位关系分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 结论与展望 |
| 4.1 结论 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）江西省抚河拟改道后青岚湖区泥沙淤积数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 模型试验研究现状 |
| 1.2.2 数值模拟研究现状 |
| 1.3 研究内容及技术路线 |
| 2 数学模型的建立与验证 |
| 2.1 研究区域概况 |
| 2.2 Mike软件及模型基本理论简介 |
| 2.2.1 Mike软件简介 |
| 2.2.2 Mike21FM的控制方程 |
| 2.3 数学模型的建立 |
| 2.4 水流数学模型的验证 |
| 2.4.1 验证工况 |
| 2.4.2 验证结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 水流数值模拟结果及分析 |
| 3.1 计算工况及水位流速观测布置 |
| 3.2 水位模拟结果及分析 |
| 3.3 流速模拟结果及分析 |
| 3.4 本章小节 |
| 4 泥沙数值模拟结果及分析 |
| 4.1 计算工况及模型参数选定 |
| 4.1.1 计算工况 |
| 4.1.2 模型参数选择 |
| 4.2 长系列年泥沙淤积模拟结果及分析 |
| 4.2.1 湖区平面淤积形态及主槽摆动过程分析 |
| 4.2.2 湖区横断面淤积发展过程分析 |
| 4.2.3 水流条件变化分析 |
| 4.3 典型工况泥沙淤积模拟结果及分析 |
| 4.3.1 湖区平面淤积形态及主槽摆动过程分析 |
| 4.3.2 湖区横断面淤积发展过程及河相关系分析 |
| 4.3.3 淤积前后水流条件沿程变化分析 |
| 4.3.4 分汊河道形成过程及机理分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 研究结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间取得的研究成果 |
（5）基于SPH与Couette流模式沙波运动数学模型的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 SPH方法研究现状 |
| 1.2.2 泥沙运动理论研究现状 |
| 1.2.3 泥沙数学模型研究现状 |
| 1.3 研究内容及技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 1.3.3 主要创新点 |
| 第2章 SPH的基本方法 |
| 2.1 研究概况 |
| 2.2 数值技术 |
| 2.2.1 SPH基本原理 |
| 2.2.2 SPH法的流体控制方程 |
| 2.2.3 自由表面粒子搜索技术及表面张力计算 |
| 2.2.4 人工黏性 |
| 2.2.5 边界处理 |
| 2.2.6 人工压缩率 |
| 2.2.7 粒子对拟序搜索 |
| 2.2.8 时间积分与时间步长的确定 |
| 2.3 SPH计算模拟 |
| 2.3.1 计算模型和计算参数 |
| 2.3.2 数值计算结果及分析 |
| 2.4 粒子间作用力模拟 |
| 2.4.1 离散单元法简介 |
| 2.4.2 DEM基本方程 |
| 2.4.3 微团近似和尺度放大 |
| 2.5 SPH-DEM模型模拟休止角 |
| 2.5.1 二维模型休止角模拟 |
| 2.5.2 三维模型休止角模拟 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 剪切流紊动的理论推导 |
| 3.1 研究概况 |
| 3.2 线性梯度分布流的涡流方程 |
| 3.3 涡量函数方程求解 |
| 3.4 复数变量Airy方程的解 |
| 3.4.1 围道积分 |
| 3.4.2 复数变量Airy方程的解 |
| 3.5 脉动流场速度解 |
| 3.5.1 脉动流速分量方程 |
| 3.5.2 纵向脉动流速分量的齐次解和特解 |
| 3.5.3 纵向脉动流速分量的奇点围道积分 |
| 3.5.4 垂向脉动流速分量的通解和特解 |
| 3.5.5 垂向脉动流速分量的奇点围道积分 |
| 3.6 剪切流中的压力场函数 |
| 3.7 定解问题一种边界条件的确定 |
| 3.7.1 涡量解 |
| 3.7.2 脉动速度解 |
| 3.7.3 脉动压力解 |
| 3.8 运动形态分析 |
| 3.8.1 涡量强度分析 |
| 3.8.2 紊流运动的形态 |
| 3.8.3 脉动压强函数分布 |
| 3.9 理论近似式与试验资料的比较 |
| 3.9.1 流速资料的比较 |
| 3.9.2 紊动剪切力的比较 |
| 3.10 本章小结 |
| 第4章 基于MUSCL重构模式的明渠水流模型 |
| 4.1 黎曼问题 |
| 4.2 控制方程 |
| 4.3 方程离散 |
| 4.3.1 有限体积通量 |
| 4.3.2 Roe格式 |
| 4.3.3 空间二阶精度数值重构 |
| 4.3.4 时间离散 |
| 4.4 源项处理 |
| 4.4.1 底坡源项的离散处理 |
| 4.4.2 摩阻源项的处理 |
| 4.5 边界条件 |
| 4.5.1 急流开边界 |
| 4.5.2 缓流开边界 |
| 4.5.3 固壁边界 |
| 4.6 干湿边界处理技术 |
| 4.7 经典算例验证 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 SPH与 Couette流模式的明渠泥沙数学模型 |
| 5.1 用Couette流方式表示的底层水流 |
| 5.2 用SPH方式表示的泥沙床面 |
| 5.3 明渠泥沙数学模型 |
| 5.3.1 计算模式 |
| 5.3.2 平均流速位置的确定 |
| 5.4 模型初步验证 |
| 5.4.1 明渠水平流动验证 |
| 5.4.2 明渠堤堰泄流验证 |
| 5.5 明渠水流泥沙运动过程模拟 |
| 5.5.1 沙纹模拟 |
| 5.5.2 明渠水流泥沙模型模拟结果 |
| 5.5.3 沙波模拟成果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 颗粒流床面的沙波过程模拟 |
| 6.1 工程中沙波模拟理论 |
| 6.1.1 水动力模拟控制方程 |
| 6.1.2 泥沙模拟控制方程 |
| 6.1.3 泥沙沙波运动模式 |
| 6.2 工程中的沙波问题 |
| 6.2.1 工程区域环境 |
| 6.2.2 工程区域潮汐 |
| 6.2.3 工程区域波浪 |
| 6.3 沙脊沙波移动数学模型的建立 |
| 6.3.1 模型范围 |
| 6.3.2 水文泥沙资料 |
| 6.3.3 模型验证 |
| 6.4 沙脊沙波移动规律预报 |
| 6.4.1 一年期预报 |
| 6.4.2 二年期预报 |
| 6.4.3 五年期预报 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和科研情况 |
| 致谢 |
（6）水沙数学模型的认知与建立（论文提纲范文）
| 1 模型认知 |
| 2 模型分类与选择 |
| 3 网格划分与插值 |
| 4 模型参数设定 |
| 4.1 底部摩阻 |
| 4.2 临界切应力 |
| 4.3 沉速 |
| 5 模型率定和验证 |
| 6 建模其他注意事项 |
| 7 结束语 |
（7）弯曲型交汇河口三维水沙数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 数值模拟研究进展 |
| 1.2.2 干支流汇合口研究进展 |
| 1.5 本文主要内容和章节安排 |
| 2 控制方程及数值方法 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.1.1 水动力控制方程 |
| 2.1.2 泥沙输移方程 |
| 2.1.3 沉积物冲刷模型 |
| 2.2 紊流模型 |
| 2.2.1 零方程模型 |
| 2.2.2 单方程模型 |
| 2.2.3 k-ε两方程模型 |
| 2.3 初边值条件 |
| 2.3.1 初始条件 |
| 2.3.2 自由水面边界条件 |
| 2.3.3 压力边界条件 |
| 2.3.4 零梯度边界条件 |
| 2.3.5 壁面边界条件 |
| 2.4 离散基础及离散方法 |
| 2.4.1 加权余量法 |
| 2.4.2 有限差分法 |
| 2.4.3 有限体积法 |
| 2.5 数值计算方法 |
| 2.5.1 FLOW3D的离散格式 |
| 2.5.2 交替隐式格式(ADI) |
| 2.5.3 广义最小残差法(GMRES) |
| 3 模型验证 |
| 3.1 交汇水流模型验证 |
| 3.1.1 试验条件 |
| 3.1.2 模型建立 |
| 3.1.3 水位验证 |
| 3.1.4 速度验证 |
| 3.2 弯道水流验证 |
| 3.2.1 试验条件 |
| 3.2.2 模型建立 |
| 3.2.3 水位验证 |
| 3.2.4 速度验证 |
| 3.2.5 横向环流验证 |
| 3.3 泥沙输移模型验证 |
| 3.3.1 试验条件 |
| 3.3.2 模型建立 |
| 3.3.3 冲淤验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 交汇河口水动力模拟及结果分析 |
| 4.1 凹岸交汇水动力模拟及结果分析 |
| 4.1.1 凹岸交汇模型建立 |
| 4.1.2 水位分析 |
| 4.1.3 横向流场 |
| 4.1.4 纵向流速 |
| 4.1.5 分离区大小 |
| 4.1.6 流线分析 |
| 4.2 凸岸交汇结果分析 |
| 4.2.1 凸岸交汇模型建立 |
| 4.2.2 水位分析 |
| 4.2.3 横向流场 |
| 4.2.4 纵向流速 |
| 4.2.5 分离区 |
| 4.2.6 流线分析 |
| 4.3 凹岸交汇与凸岸交汇结果比较 |
| 4.3.1 水位比较 |
| 4.3.2 横向流场比较 |
| 4.3.3 纵向流速比较 |
| 4.3.4 分离区大小比较 |
| 4.4 小结 |
| 5 交汇河口河床冲淤数值模拟及结果分析 |
| 5.1 模型建立 |
| 5.2 河床冲淤结果分析 |
| 5.2.1 凹岸交汇结果分析 |
| 5.2.2 凸岸交汇冲淤结果分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）黄河宁夏典型河段及水库水动力与水质数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 概述 |
| 1.2.2 水流数学模型研究现状 |
| 1.2.3 泥沙数学模型研究现状 |
| 1.2.3.1 动床阻力 |
| 1.2.3.2 水流挟沙力 |
| 1.2.3.3 推移质输沙率 |
| 1.2.3.4 恢复饱和系数 |
| 1.2.3.5 泥沙扩散系数 |
| 1.2.4 水质数学模型研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第二章 地形的前处理 |
| 2.1 图像拼接技术 |
| 2.1.1 SURF特征点检测 |
| 2.1.1.1 积分图像 |
| 2.1.1.2 Hessian矩阵 |
| 2.1.2 SURF特征描述 |
| 2.1.3 特征匹配 |
| 2.1.4 图像配准 |
| 2.1.5 图像融合 |
| 2.1.6 实验结果和分析 |
| 2.2 图像边缘检测 |
| 2.2.1 数学形态学基本运算 |
| 2.2.2 多尺度数学形态学的边缘检测 |
| 2.2.2.1 数学形态学的边缘检测 |
| 2.2.2.2 多尺度数学形态学的边缘检测 |
| 2.2.2.3 本文算法描述 |
| 2.2.3 实验结果和分析 |
| 2.3 DXF文件生成结果 |
| 2.4 KML文件生成结果 |
| 2.5 地形文件生成结果 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 网格剖分技术 |
| 3.1 网格的分类 |
| 3.2 Delaunay三角化法网格的生成 |
| 3.2.1 Delaunay三角化法的原理 |
| 3.2.2 Delaunay三角化法网格生成的算法 |
| 3.2.3 Delaunay三角化法网格的关键问题 |
| 3.2.4 Delaunay三角化法网格剖分的步骤 |
| 3.2.5 Delaunay三角化法网格剖分的实现 |
| 3.3 网格地形插值技术 |
| 3.3.1 地形数据的获取 |
| 3.3.2 基于散点的网格地形插值 |
| 3.3.3 基于数字高程模型的网格地形插值 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 水沙水质数学模型 |
| 4.1 三维水沙水质数学模型 |
| 4.1.1 水流运动方程 |
| 4.1.2 泥沙输移方程 |
| 4.1.3 水质变化方程 |
| 4.2 平面二维水沙水质数学模型 |
| 4.2.1 水流运动方程 |
| 4.2.2 泥沙输移方程 |
| 4.2.3 水质变化方程 |
| 4.3 控制方程的通用形式 |
| 4.3.1 三维水沙水质数学模型控制方程的通用形式 |
| 4.3.2 平面二维水沙水质数学模型控制方程的通用形式 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 控制方程的离散和求解 |
| 5.1 离散方法的概述 |
| 5.2 通用控制方程的离散 |
| 5.2.1 常用的离散格式 |
| 5.2.1.1 中心差分格式(Central Differencing Scheme,CDS) |
| 5.2.1.2 一阶迎风格式(First Order Upwind Scheme,FUS) |
| 5.2.1.3 混合格式(Hybrid Scheme,HS) |
| 5.2.1.4 指数格式(Exponential Scheme,ES) |
| 5.2.1.5 乘方格式(Power Law Scheme) |
| 5.2.1.6 二阶迎风格式(Second Order Upwind Scheme,SUS) |
| 5.2.1.7 QUICK格式 |
| 5.2.2 常用离散格式的性能对比 |
| 5.2.3 二维和三维通用控制方程的离散 |
| 5.2.3.1 二维和三维问题的控制体积 |
| 5.2.3.2 二维和三维问题的离散方程 |
| 5.3 离散方程的求解 |
| 5.3.1 流场数值计算的主要方法 |
| 5.3.2 基于同位网格的SIMPLE算法 |
| 5.3.2.1 交错网格和同位网格 |
| 5.3.2.2 动量方程的离散 |
| 5.3.2.3 速度修正方程 |
| 5.3.2.4 压力修正方程 |
| 5.3.2.5 欠松弛技术 |
| 5.3.2.6 同位网格上SIMPLE算法的计算步骤 |
| 5.3.3 基于非结构网格的SIMPLEC算法 |
| 5.3.3.1 SIMPLEC算法 |
| 5.3.3.2 通用控制方程在非结构网格上的离散 |
| 5.3.3.3 动量方程的离散 |
| 5.3.3.4 速度修正方程 |
| 5.3.3.5 压力修正方程 |
| 5.3.3.6 非机构网格上SIMPLEC算法的计算步骤 |
| 5.3.4 离散方程组的求解 |
| 5.3.5 定解条件 |
| 5.3.5.1 初始条件 |
| 5.3.5.2 边界条件 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 大柳树-沙坡头河段水沙运移数值模拟 |
| 6.1 大柳树-沙坡头河段实测数据分析 |
| 6.1.1 断面地形的分析 |
| 6.1.2 泥沙粒径的分析 |
| 6.2 大柳树-沙坡头河段平面二维水沙运移数值模拟 |
| 6.2.1 河段地形及网格划分 |
| 6.2.2 初始边界条件 |
| 6.2.3 模型的验证 |
| 6.2.3.1 水流运动数值模拟结果的验证 |
| 6.2.3.2 河床变形数值模拟结果的验证 |
| 6.2.4 模拟结果及分析 |
| 6.2.4.1 水流运动数值模拟 |
| 6.2.4.2 河床变形数值模拟 |
| 6.3 大柳树-沙坡头河段三维水沙运移数值模拟 |
| 6.3.1 河段地形及网格划分 |
| 6.3.2 初始边界条件 |
| 6.3.3 模型的验证 |
| 6.3.3.1 平面流场数值模拟结果的分析 |
| 6.3.3.2 断面流场数值模拟结果的验证 |
| 6.3.3.3 横向流速数值模拟结果的分析 |
| 6.3.3.4 输沙特性的分析 |
| 6.3.4 模拟结果及分析 |
| 6.3.4.1 水流运动数值模拟 |
| 6.3.4.2 河床变形分析 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 鸭子荡水库水流运动和水质对流扩散数值模拟 |
| 7.1 鸭子荡水库断面实测数据分析 |
| 7.2 鸭子荡水库平面二维水流运动数值模拟 |
| 7.2.1 水库地形及网格划分 |
| 7.2.2 初始边界条件 |
| 7.2.3 模型的验证 |
| 7.2.4 模拟结果及分析 |
| 7.2.4.1 类型1的模拟结果及分析 |
| 7.2.4.2 类型2的模拟结果及分析 |
| 7.2.4.3 类型3的模拟结果及分析 |
| 7.2.4.4 类型4的模拟结果及分析 |
| 7.3 鸭子荡水库水质实测数据分析 |
| 7.4 鸭子荡水库三维水质对流扩散数值模拟 |
| 7.4.1 水库地形及网格划分 |
| 7.4.2 初始边界条件 |
| 7.4.3 模型的验证 |
| 7.4.4 模拟结果及分析 |
| 7.4.4.1 类型1的模拟结果及分析 |
| 7.4.4.2 类型2的模拟结果及分析 |
| 7.4.4.3 类型3的模拟结果及分析 |
| 7.4.4.4 类型4的模拟结果及分析 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 结论和展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文猷 |
| 致谢 |
| 个人简介 |
| 博士期间科研成果 |
（9）三峡水库调蓄对荆江水沙输移及河床调整的作用机理研究（论文提纲范文）
| 博士生自认为的论文创新点 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与问题的提出 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 问题的提出 |
| 1.1.3 问题的本质及研究途径 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 水沙输移特性变化问题 |
| 1.2.2 垂向冲淤部位调整与特征流量识别问题 |
| 1.2.3 三峡水库不同调蓄方式驱动下洲滩变形问题 |
| 1.3 研究思路及主要内容 |
| 第2章 研究区域、资料来源与方法介绍 |
| 2.1 研究区域概况 |
| 2.1.1 研究区域 |
| 2.1.2 河床组成 |
| 2.1.3 航道整治工程 |
| 2.2 资料来源 |
| 2.2.1 水文、泥沙测站 |
| 2.2.2 地形数据 |
| 2.3 边界条件变化与河床调整的量化方法 |
| 2.3.1 水沙情势变化分析 |
| 2.3.2 河道形态变化计算 |
| 2.3.3 水库调度模型 |
| 2.3.4 平面二维水沙数学模型 |
| 第3章 三峡水库影响下水沙输移特性变化 |
| 3.1 三峡水库影响下径流变化 |
| 3.1.1 径流年际、年内变化 |
| 3.1.2 流量频率变化特征 |
| 3.2 三峡水库影响下输沙变化 |
| 3.2.1 输沙年际、年内变化 |
| 3.2.2 输沙沿程变化 |
| 3.2.3 泥沙输移时空变化成因 |
| 3.3 水沙输移与河道形态相互作用机制 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 坝下游荆江河段冲淤响应性调整特征 |
| 4.1 荆江河段纵向冲淤时空分布特征 |
| 4.1.1 纵向冲淤幅度 |
| 4.1.2 纵向深泓变化 |
| 4.2 荆江河段垂向冲淤部位调整 |
| 4.2.1 不同河型典型断面调整规律 |
| 4.2.2 断面尺度河槽调整规律 |
| 4.2.3 基于河段平均的河槽形态调整 |
| 4.2.4 河槽形态理论计算值与实测值对比分析 |
| 4.3 荆江河段冲淤部位调整机理 |
| 4.3.1 影响荆江河段冲淤调整的特征流量 |
| 4.3.2 冲淤调整与水沙过程变化的响应关系 |
| 4.3.3 冲淤调整与中低滩束水归槽的适应性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 三峡水库调蓄影响下洲滩微地貌变形特征 |
| 5.1 荆江河段洲滩变形特征 |
| 5.1.1 砂卵石河床 |
| 5.1.2 沙质河床 |
| 5.2 洲滩变形机理分析 |
| 5.2.1 砂卵石河床洲滩演变机理 |
| 5.2.2 沙质河段洲滩演变机理 |
| 5.2.3 砂卵石河床与沙质河床洲滩演变机理对比 |
| 5.3 三峡水库调蓄对洲滩变形的影响 |
| 5.3.1 模型范围及网格划分 |
| 5.3.2 模型的验证 |
| 5.3.3 三峡水库调蓄对洲滩变形的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.1.1 长江中游水沙条件变化 |
| 6.1.2 坝下游荆江河段冲淤响应性调整特征 |
| 6.1.3 三峡水库调蓄影响下洲滩变形特征 |
| 6.2 问题与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读博士学位期间主要发表论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
（10）黄河上游连续弯曲多滩险河道二维水沙特性数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 航道整治技术 |
| 1.2.2 数学模型现状 |
| 1.2.3 物理模型现状 |
| 1.3 研究内容和方法 |
| 1.4 创新点 |
| 第二章 常生码头下游多滩险河道概况及水文泥沙特性 |
| 2.1 滩险概况 |
| 2.2 河床演变分析 |
| 2.2.1 工程地质特征 |
| 2.2.2 河床演变分析 |
| 2.3 水文泥沙概况 |
| 2.3.1 径流 |
| 2.3.2 水位 |
| 2.3.3 泥沙 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 平面二维水沙数学模型 |
| 3.1 水流模型 |
| 3.2 泥沙模型 |
| 3.2.1 输沙计算原理 |
| 3.2.2 恩格隆-汉森公式 |
| 3.2.3 悬移质运动 |
| 3.2.4 推移质运动 |
| 3.2.5 泥沙连续方程 |
| 3.2.6 河床变形模型 |
| 3.3 数值求解 |
| 3.3.1 空间离散 |
| 3.3.2 控制方程离散 |
| 3.3.3 时间积分 |
| 3.4 初始和边界条件 |
| 3.4.1 初始条件 |
| 3.4.2 边界条件 |
| 3.5 模型的率定与验证 |
| 3.5.1 计算区域网格划分 |
| 3.5.2 糙率率定 |
| 3.5.3 水位及流速分布验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 河道碍航成因及整治方案计算分析 |
| 4.1 河道特性 |
| 4.2 天然状态水流特性 |
| 4.2.1 水位比降和水深 |
| 4.2.2 流速流态 |
| 4.2.3 天然状态输沙运动规律 |
| 4.2.4 天然河道碍航分析 |
| 4.3 整治方案的拟定 |
| 4.4 整治方案一 |
| 4.4.1 方案一工程布置 |
| 4.4.2 方案一水力要素分析 |
| 4.4.3 方案一整治效果总结 |
| 4.5 整治方案二 |
| 4.5.1 方案二工程布置 |
| 4.5.2 方案二水力要素分析 |
| 4.5.3 方案二整治效果总结 |
| 4.6 整治方案三 |
| 4.6.1 方案三工程布置 |
| 4.6.2 水位变化 |
| 4.6.3 流速变化 |
| 4.6.4 比降变化 |
| 4.6.5 水深变化 |
| 4.6.6 流态变化 |
| 4.6.7 方案三治理效果总结 |
| 4.7 整治方案四 |
| 4.7.1 方案四工程布置 |
| 4.7.2 水位变化 |
| 4.7.3 流速变化 |
| 4.7.4 比降变化 |
| 4.7.5 水深变化 |
| 4.7.6 流态变化 |
| 4.7.7 方案四输沙规律 |
| 4.7.8 方案四治理效果总结 |
| 4.8 连续弯曲多滩险河道碍航规律和整治思路 |
| 4.9 本章小结 |
| 第五章 物理模型试验验证分析 |
| 5.1 模型设计与制作 |
| 5.1.1 模型设计 |
| 5.1.2 模型制作 |
| 5.2 模型验证 |
| 5.2.1 几何相似验证 |
| 5.2.2 水位验证 |
| 5.2.3 流速验证 |
| 5.3 物理模型试验结果及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 本文结论 |
| 6.2 本文建议 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参与的科研项目 |
四、平面二维全沙数值模拟方法及其应用（论文参考文献）
- [1]展宽边界条件下淤积模式划分及其形成机理分析[D]. 梁翔. 扬州大学, 2021(08)
- [2]长江中游调关莱家铺弯曲河段河床演变对水沙变化的响应机理研究[D]. 庄灵光. 重庆交通大学, 2020(01)
- [3]汾河水库库区水沙两相流数值模拟研究[D]. 赵杰. 太原理工大学, 2020(07)
- [4]江西省抚河拟改道后青岚湖区泥沙淤积数值模拟研究[D]. 王磊. 扬州大学, 2020(06)
- [5]基于SPH与Couette流模式沙波运动数学模型的研究[D]. 李晓瑜. 天津大学, 2019(01)
- [6]水沙数学模型的认知与建立[J]. 华厦,蓝尹余,黄惠明,王义刚. 科学技术与工程, 2019(22)
- [7]弯曲型交汇河口三维水沙数值模拟研究[D]. 何勇. 大连理工大学, 2019(02)
- [8]黄河宁夏典型河段及水库水动力与水质数值模拟研究[D]. 黄凌霄. 宁夏大学, 2019(02)
- [9]三峡水库调蓄对荆江水沙输移及河床调整的作用机理研究[D]. 李思璇. 武汉大学, 2019(07)
- [10]黄河上游连续弯曲多滩险河道二维水沙特性数值模拟[D]. 李健. 重庆交通大学, 2019(06)