黄文典[1]2005年在《河流悬移质对污染物吸附及生物降解影响试验研究》文中认为河流悬移质泥沙在天然河流中空间分布非常广,由于它的颗粒非常小,具有巨大的比表面积,同时其表面通常还存在许多活性物质,它们对进入水环境系统的污染物具有强烈的表面物理、化学和生物等作用,是污染物迁移、转化的主要载体。污染物与泥沙的作用对水体生态环境会产生影响,泥沙对环境的这种作用称为泥沙的环境效应。本文在总结已有研究成果的基础上,指出了进行悬移质泥沙对污染物吸附和污染物生物降解研究的重要性。以两个不同粒径组河流悬移质为试验用沙,选择具有代表性的水体污染物——含磷污染物和含多组分有机污染物的生活污水为模拟污染物,对含沙水体中污染物的吸附和降解特性进行了系统的研究,这对于含沙水体的水质评价和水环境规划工作具有重要的理论和现实指导意义。本文的主要工作和研究成果有以下几个方面:(1)采用经过滤的长江原状水为试验用水,通过试验对泥沙吸附磷的吸附动力学过程进行了研究。结果表明:水沙体系中,水相中的磷与泥沙上的磷之间存在动态平衡关系;泥沙对磷的吸附一般在10 小时内就能够达到平衡;在水相磷初始浓度相同的条件下,泥沙对磷的吸附平衡时间随含沙量的增大而减小;但是,水相磷的初始浓度对吸附平衡时间的影响没有明显的规律性。(2)通过悬移质泥沙对磷的等温平衡吸附试验,对泥沙吸附磷的等温平衡吸附行为进行了研究。研究结果表明:相同含沙量条件下,同一粒径组泥沙对磷的平衡吸附量随水相中磷初始浓度的增大而增大,但在水相磷初始浓度增大
李志晶[2]2014年在《推移质非饱和输移基本规律研究》文中研究表明泥沙运动是河流动力学及地貌动力学研究中的重要科学问题。然而,受到研究条件的限制,以往最初始的研究基本上都是基于均匀沙条件下的饱和平衡输沙,而泥沙非均匀性及恢复饱和过程对泥沙运动的影响机制至今仍远未清楚。最近对冲积河流过程多重时间尺度的研究,从理论上揭示了冲积河流过程推移质运动能够很快调整到饱和平衡输沙状态,而悬移质运动则需要相对较长的过程,为界定饱和平衡输沙假定的适用性提供了全新的理论基础。本文以冲积河流过程多重时间尺度的研究为理论基础,着眼于非平衡输沙过程恢复饱和机制的进一步研究。在浅水动力学理论框架下对饱和与非饱和泥沙输移数学模型进行了数值模拟比较研究。结果表明,对推移质运动,饱和输沙模型与非饱和输沙模型差异局限于进口附近非常小的范围内,从而饱和输沙模型能够近似适用。然而,由于河床变形对水流运动的反作用,要正确模拟水流要素变化应该采用非饱和模型。对悬移质运动,饱和输沙模型与非饱和输沙模型存在实质性差异,悬移质的数值模拟研究,应该采用非饱和模型。研究结果有助于促进泥沙运动数学模型的发展和合理运用。对明渠泥沙运动恢复饱和距离随水沙条件的变化规律进行了定量的研究。研究结果表明,无论上游来沙增加或者减少,恢复饱和距离随悬浮指标的变化规律是一致的,即悬浮指标加大,恢复饱和距离减小,该规律与泥沙运动模式无关,即所揭示的规律普遍适用于悬移质和推移质运动。而定量而言,推移质恢复饱和距离只是水深的几十倍,而悬移质恢复饱和距离则可能高达数百倍水深的数量级甚至更长。研究结果进一步证实推移质向平衡状态调整很快,饱和输沙模式能够近似适用,而悬移质恢复平衡过程相对较长,应该采用非饱和输沙模式；同时,对饱和输沙概念的适用性提供了定量的判据。将水沙运动数值模拟研究中的积分平均模式推广至风沙运动数值模拟研究中,在此基础上,将冲积河流过程多重时间尺度理论扩展至风沙运动。数值算例与风洞实验结果对比表明,积分平均模型能够基本准确地捕捉风沙运动输沙率变化的基本特征,而积分平均模式相对于完整叁维模型,能够大大提高计算效率。风沙与水沙运动多重时间尺度比较研究表明,风沙运动与水沙运动相类似,对于推移质含沙量向挟沙力调整的相对时间尺度较小,含沙量向挟沙力调整得非常快,很快能达到饱和平衡输沙,而对于悬移质,含沙量向挟沙力调整则相对较慢。将推移质非饱和输沙基本规律研究扩展到非均匀沙情形,开展均匀沙与非均匀沙的清水冲刷试验。试验数据分析结果表明,在冲刷条件下,细沙对粗沙的输移有促进作用,而粗沙对细沙的输移有抑制作用。这种促进作用随着细沙含量的增加而增加,而抑制作用随着粗沙含量的增加而增加,同时,促进和抑制作用随着流量的减小而增大。通过对以往平衡输沙条件下非均匀沙试验结果的分析,验证了抑制与促进作用的变化趋势。研究成果对为非均匀推移质输沙率及地貌形态变化的计算供了新的理论基础,有助于新的计算模式的建立及现有计算模式的改进,对宽级配区域的泥沙输移、河床形态演化、水文水资源的管理有一定的指导意义。
陈杰[3]2007年在《渭河下游泥沙数学模型的改进》文中研究指明近年来，由于水沙条件发生变化，以及河槽边界条件的改变，使得渭河出现了许多新的防洪问题，其特点是：“流量小、水位高、灾害大”。频繁发生的异常洪水位现象给渭河下游防洪增加了困难。针对这种现状，有必要系统地研究渭河下游的洪水行进规律，认清渭河现有河床中发生的洪水特性，这对于渭河下游的河道治理、设计洪水位的合理确定及对渭河下游的洪水预报研究都具有重要的意义。因此，为促进渭河下游洪水的预测预报和风险管理，确保防洪安全，迫切需要利用数学模型来研究渭河下游洪水演进的各种现象和问题，为洪水的监测、防洪和抢险指挥提供参考。目前，在黄河中下游上得到应用的一、二维水沙模型有多个，基本上都是由描述水沙运动的四个基本方程构成，即水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程与河床变形方程，不同之处在于各模型在求解基本方程时，对某些参数的具体取值和计算方法有所不同，如反映不平衡输沙规律中的挟沙力问题、动床阻力、悬移质泥沙与床沙的交换机理等。然而，与黄河中下游相比，渭河下游发生高含沙洪水的频率高，洪水历时长，含沙量大，高含沙水流的静态剪切应力作用明显，造成河床断面形态变形剧烈，尤其在横向变形上显得更为突出。而现有的渭河下游数学模型，主要是沿用黄河中下游的一维数学模型，模型结构反映更多的是黄河中下游一般高含沙挟沙水流的输沙特性，并不能合理地反映出渭河下游的输沙特性。因此，有必要针对渭河下游泥沙问题，在挟沙规律和横向冲淤变形等方面去改进现有的渭河下游一维恒定流泥沙数学模型。本研究论文建立了常规一维数学模型，并对其作了部分改进，以期达到适应渭河特点的目的。工作主要表现在以下几方面。1、在泥沙计算中，考虑到行洪过程中泥沙在冲刷和淤积情况下，悬移质泥沙与床沙交换机理的不同，首次在冲淤计算中采用物理含义更明确的双值挟沙力公式，并对双值挟沙力公式中的系数计算问题进行了详细的分析及开发出与该公式应用相配套的应用方法。2、在河床演变部分，对渭河下游特有的“贴边淤积”现象进行了机理探讨，分析研究表明，造成渭河下游河槽急剧淤积萎缩变形的重要原因之一为高含沙洪水的静态剪切应力，它是浑水的流型从牛顿体转变成凝胶体后的产物。3、为了使数学模型在模拟过程中能反映出高含沙洪水静态剪切应力造成的“贴边淤积”，作者根据实测资料建立经验公式对“贴边淤积”进行了概化处理。4、最后利用1994年高含沙小洪水过程对模型进行验证，模拟结果表明模型具有一定的模拟能力。相比较而言，经本论文改进后的模型在反映物理成因概念方面较同类型模型清晰、准确，也更接近渭河下游实际情况。
周赤建[4]2004年在《河流悬移质泥沙运动模拟方法研究》文中研究指明本文根据泥沙运动基本理论的最新研究成果，建立了平面二维非恒定、非均匀、全沙数学模型对重庆河段的水泥沙运动和河床变形进行模拟。模型中，根据涡团模式，推求出新的紊动粘性系数计算公式： 同时，根据能量平衡原理，推导出河岸拓展方程。模型中还引入了张红武提出的悬移质挟沙力公式：和张俊华-张红武推移质输沙率公式：对现有叁峡库区数学模型进行了改进。重庆河段正态模型试验资料和原型观测资料计算结果表明，模型计算的沿程水位、断面流速分布和河床冲淤变化与原型资料符合较好。为今后研究河流水沙运动规律提供了理论依据。
潘祎男[5]2012年在《河口拦门沙演变数值模拟》文中进行了进一步梳理河口是海洋与陆地的交汇处,属于海岸带的一部分,主要受到河川径流和海洋潮流等动力因素的影响。河口处形成的拦门沙、叁角洲等典型的地貌形态及其演化过程对于港口选址、航道疏浚等有着较为重要的影响,同时与人们的生产生活有着密不可分的联系。本文首先采用潮流水动力模型,将其与输沙率方程与海底变形方程相耦合,数值模拟了在河口径流和海岸潮流作用下河口拦门沙的形成与演化。采用了ADI格式离散求解水动力方程,采用五阶精度的Euler-WENO方法求解水底地形演变方程。对计算模型采用了Hudson的一维沙垄演变解析解和Shieh所做的椭圆形浅滩演变二维实验结果进行了对比验证。利用本模型对理想地形区域的1：200海底坡度上河口拦门沙演变进行了模拟。分别计算模拟了叁种不同潮位与叁种不同河口径流流速情况下海底浅滩演变的过程,讨论了不同潮位和河流径流对浅滩演变的影响。为了讨论河口形状对拦门沙形成和演变的影响,比较了1：1、1：2、1：3河道与河口宽度比时所形成的拦门沙的形态；为了研究海岸坡度对拦门沙形成的影响,计算了1：50、1：100、1：200叁种不同坡度情况下拦门沙的演变,对比了所形成的拦门沙演变结果。讨论了有无悬移质影响下对拦门沙地形演变结果。利用ADI格式对二维扩散方程进行离散,并用追赶法求解,得到了悬移质含沙量,并将悬移质地形演变与之前的推移质地形演变进行线性迭加,得到了含有悬移质和推移质共同作用的地形演变模型,并对结果进行了分析讨论。
李渊[6]2006年在《水沙运动的有限元数值模拟及其应用》文中研究指明本文结合陕西高校省级重点实验室重点科研项目《渭河下游河槽萎缩机理及其对防洪形势的影响研究》，主要针对水流泥沙运动的有限元数值模拟方法进行了研究，取得了如下一些结果：1．利用特征有限元方法建立了一维悬移质泥沙对流-扩散方程的数值模型并进行了误差分析。用Matlab数值计算软件编程对水沙模型进行了数值计算，从数值解与解析解的对比以及对河津站1969-1999年实测数据的数值模拟结果可以看出所得数值模型可用于对较高含沙河流在一段时间内进行模拟。2．利用精度较高且较稳定的Preissmann格式建立了一维不恒定水流的特征有限元数值模型。在不同初边界条件下进行分析，给出了相应的计算流程，并对典型洪水进行数值模拟，验证了所构建的黄河下游非恒定输沙数学模型的正确性。模拟结果表明该数值模型可模拟黄河下游河道一般洪水和高含沙洪水的水沙传播、水位变化及河床变形等，且该模型具有一定的可预测性。3．建立了二维水流有限元数值模型，并对离散后的方程组采用预报、校正、迭代格式求解。该模型可适用于不规则边界河道的数值模拟。
李勇[7]2007年在《基于固液两相紊流理论的近岸悬移质泥沙运动数值研究》文中研究表明建立在高水平数值模型基础上的悬移质泥沙运动研究不仅具有重要的理论意义,也具有重要的应用背景。随着近十几年随着两相流理论与数值方法的发展,加上计算机硬件能力的大幅度提升,应用两相流模型研究低浓度含沙水流问题已逐渐成为可能。本论文从稀疏两相流的双流体模型基本方程出发,借鉴气固两相紊流理论,建立了低含沙量问题的通用数学模型,同时构建了有效的数值计算方法,编写了相应的计算机程序。并在多种条件下对数值模型进行了验证。论文应用建立的数学模型对单向流条件下的悬移质泥沙运动进行数值计算,并用已知的实验成果对数值模型进行了验证。研究了恒定流中泥沙浓度及扩散系数沿垂向的分布规律,并就泥沙沉降规律以及含沙水流紊动结构等问题进行了讨论,还探讨了两种常用的颗粒相紊流模型的优缺点及其适用范围。论文应用建立的数学模型也对边界层往复流条件下的悬移质泥沙运动进行数值计算。通过与实验结果的对比,分析了边界层水流运动结构的特征以及泥沙浓度分布的规律,探讨了往复流作用下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。论文还应用建立的数学模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行了数值计算。研究了波浪作用下悬移质泥沙浓度的垂线分布规律,探讨了波浪作用下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响,采用基于颗粒轨道模型模拟了单颗粒泥沙对于紊动作用以外的相间作用力的反应。还就波浪作用下的输沙率进行了初步的探讨。
王光谦[8]2007年在《河流泥沙研究进展》文中进行了进一步梳理泥沙研究主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。泥沙学科体系始建于20世纪,侧重河流泥沙研究。河流泥沙运动力学基本理论包括:泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等。在长期的治河实践中,我国的泥沙科学发展迅速,主要进展包括:泥沙运动力学基本理论,高含沙水流的运动机理与理论,河流模拟的理论与技术,水库泥沙的对策与管理,河道演变规律的认识及治河工程技术等。本文对河流泥沙研究的主要进展进行简要综述。
白静[9]2013年在《悬移质泥沙输移的大涡模拟研究》文中研究表明紊流在实验室试验水槽和自然河道中普遍存在。紊流中存在着涡系，对泥沙起动和输移有重要的影响，而传统的雷诺时均模型只能给出时均条件下流速和泥沙浓度分布，不能反映瞬时流动特性以及瞬时流动对泥沙输移的影响，因此需要研究更加精细的模拟技术。随着计算机计算速度和存储能力的提高，大涡模拟技术得到了迅速发展，大涡模型可以计算得出水流和泥沙输运的瞬时规律。本文建立了悬移质泥沙输移的大涡模型及边界条件。在大涡模拟中，通过过滤将水沙模型中的变量分解成大尺度量和亚格子量，直接求解大尺度量，引入亚格子应力模型模拟小尺度量。在程序中，基于有限体积法对控制方程进行离散，变量布置在非交错曲线网格上，采用中心差分近似扩散通量，分别采用中心差分和HLPA格式近似水流和泥沙计算中的对流通量，时间推进利用低存储的叁步Runge-Kutta法。在Runge-Kutta法的第3步，采用SIP方法求解压强修正方程。针对复杂的几何边界问题，本文构建了基于直接强迫力法的浸没边界法，用于模拟复杂边界下的大涡模拟流动；采用直槽流动、方腔流动和丁坝绕流检验了流速分布、紊动强度分布、涡系分布和切应力分布；分析了丁坝绕流中丁坝长度L、丁坝长度与丁坝距离的比值L/D对流速分布、回流区的流动形式、紊动强度分布、涡量分布及涡系结构分布的影响，并研究了涡体的发展变化过程。针对自然条件的泥沙床面，建立了粗糙边界处理方法和悬沙计算模式；采用经典的净淤积试验对沿程的流速分布和泥沙浓度分布进行验证，获得与实测数据符合较好的结果；引入不同的对比算例，分析了水流的宽深比B/H对横断面上二次流动和涡体结构的影响，讨论了宽深比B/H和二次流动对主流流速、紊动强度和切应力在横断面上分布的影响，并研究了宽深比B/H和二次流动对泥沙浓度在横断面上的分布以及沿程沉积率的影响。针对悬移质泥沙输移的叁维特性，建立了悬移质泥沙计算中含有恢复饱和系数的近底部边界条件，用于研究细颗粒悬移质泥沙起动与输移的特性；采用直接模拟结果和Rouse公式分别检验了直槽中的流速分布和泥沙浓度分布；采用循环算例和长槽道算例分析了冲刷平衡的条件下和净冲刷条件下的流速、紊动强度、切应力的分布、泥沙浓度以及垂向泥沙紊动通量的分布，讨论了瞬时流动结构对瞬时泥沙浓度分布的影响，以及猝发与扫射对泥沙浓度分布的影响，给出了紊动扩散系数和Schmidt数的分布，并探讨了近底部泥沙紊动通量的概率分布。
梁卉[10]2017年在《黄河包头段弯曲河道水流特性及河道冲淤特性分析》文中指出多年来,针对多沙河流面临的问题及目前研究的局限性,结合黄河包头段弯曲河道的实际情况,分析了 2015-2016年黄河包头弯曲河道各断面的水流特性、泥沙输移特性及在二者的共同作用下对河道冲淤造成的影响等。研究的主要内容包括弯道水流特性、泥沙的沉降与起动、含沙量的变化规律及相关影响因素分析等。研究结果表明:(1)弯道水流特性:弯曲河段不同断面凹岸及凸岸流速明显小于中心线流速,弯道的入口及出口断面靠近岸边的流速分布与中心线流速分布相差较大。各个断面在靠近凹岸及凸岸的两条垂线纵向流速分布上下变化程度相同,而在中心线处流速分布较缓,且下部流速变化幅度大于上部流速变化幅度。冰封期流速分布不同于畅流期,在冰盖条件下不同水深处流速满足不同的对数分布状况。(2)河床形态分析:弯道处断面形态总体呈现处凹岸冲刷、凸岸淤积的现象;在冰封期河床形态发生较大变化;冰封期过后,在开河期弯道顶端出现浅滩。(3)泥沙特性分析:经分析不同采样时段泥沙起动流速和河道实测水流流速对比后发现,大部分情况下水流速度>起动速度,即大部分情况下悬移质均可移动,反之,水流速度<起动流速,即悬移质不易移动,造成河床发生淤积。(4)含沙量变化分析:沿程变化为减小—增大—减小的趋势,即在采样断面中河床呈现淤积—冲刷—淤积的趋势。冰封期含沙量最小,开河后含沙量逐渐增大。该流域的含沙量及挟沙力的变化趋势基本相同,随着季节的变化均呈增大—减小—增大的趋势,且挟沙力的大小与流量变化有较大关系。
参考文献：
[1]. 河流悬移质对污染物吸附及生物降解影响试验研究[D]. 黄文典. 四川大学. 2005
[2]. 推移质非饱和输移基本规律研究[D]. 李志晶. 武汉大学. 2014
[3]. 渭河下游泥沙数学模型的改进[D]. 陈杰. 西安理工大学. 2007
[4]. 河流悬移质泥沙运动模拟方法研究[D]. 周赤建. 内蒙古农业大学. 2004
[5]. 河口拦门沙演变数值模拟[D]. 潘祎男. 大连理工大学. 2012
[6]. 水沙运动的有限元数值模拟及其应用[D]. 李渊. 西安理工大学. 2006
[7]. 基于固液两相紊流理论的近岸悬移质泥沙运动数值研究[D]. 李勇. 清华大学. 2007
[8]. 河流泥沙研究进展[J]. 王光谦. 泥沙研究. 2007
[9]. 悬移质泥沙输移的大涡模拟研究[D]. 白静. 清华大学. 2013
[10]. 黄河包头段弯曲河道水流特性及河道冲淤特性分析[D]. 梁卉. 内蒙古农业大学. 2017