黃河大柳樹(shù)河段水沙運(yùn)移規(guī)律及水溫特性研究.pdf

1、黃河為舉世聞名的高含沙河流，在自然演變過(guò)程中，不僅沿垂向發(fā)生沖淤變化，在平面上也發(fā)生明顯的橫向擺動(dòng)。本文選取黃河大柳樹(shù)河段為研究對(duì)象，該河段屬于隨來(lái)水來(lái)沙變化的彎曲性河道，主流擺動(dòng)，沖淤變化大。擬建的大柳樹(shù)水庫(kù)位于甘肅與寧夏回族自治區(qū)交界處黃河干流黑山峽的出口處，是一項(xiàng)對(duì)西北經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)和民族地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展都具有十分重要意義的工程。結(jié)合河岸沖刷力學(xué)模式建立適合黃河大柳樹(shù)河段的三維水沙沖淤數(shù)學(xué)模型，對(duì)該河段建庫(kù)前的水流運(yùn)

2、動(dòng)、泥沙沖淤及河岸擺動(dòng)進(jìn)行實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬研究。利用一維、二維水溫?cái)?shù)值模型模擬了黃河大柳樹(shù)水庫(kù)建成后壩下游河段及寧蒙河段冬季水溫分布情況和結(jié)冰點(diǎn)位置。其研究成果對(duì)大柳樹(shù)水庫(kù)的合理運(yùn)行、減少淤積及對(duì)寧蒙河段的防凌提供可靠的理論依據(jù)，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下的三維紊流數(shù)值模型，利用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積法離散控制方程，并采用非結(jié)構(gòu)同位網(wǎng)格中的SIMPLE算法進(jìn)行求解。對(duì)黃河沙坡頭河段

3、連續(xù)彎道段的水流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了平面流場(chǎng)分布、縱向流速沿垂線分布及橫向流速（二次流）的數(shù)值模擬結(jié)果，并與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比符合良好。驗(yàn)證了該模型能夠較好地模擬具有復(fù)雜邊界的天然河流中彎道水流運(yùn)動(dòng)情況。⑵在三維紊流模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮河岸沖刷力學(xué)機(jī)理和河岸形態(tài)修正技術(shù)，建立河床沖刷變化的三維水沙數(shù)學(xué)模型，利用該模型對(duì)黃河大柳樹(shù)河段的河勢(shì)變化情況進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明：模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，說(shuō)明本文建立的水沙數(shù)學(xué)模型能較好地

4、反映黃河大柳樹(shù)河段的水流運(yùn)動(dòng)情況及河床變化規(guī)律。由于上游來(lái)水來(lái)沙條件不同，黃河大柳樹(shù)河段在2011年11月到2012年10月期間沖刷的同時(shí)還伴有橫向擺動(dòng)。最大沖深可達(dá)2.5m左右，在彎道區(qū)域，凹岸沖刷較凸岸嚴(yán)重，深槽向凹岸擺動(dòng)。表明彎道環(huán)流是河道橫向演變賴(lài)以實(shí)現(xiàn)的重要因素。⑶建立了適合黃河大柳樹(shù)壩址下游及寧蒙河段的一維、二維水溫?cái)?shù)學(xué)模型，模擬了冬季不同氣象條件下壩下游河段水溫分布情況及結(jié)冰點(diǎn)位置。預(yù)計(jì)黃河大柳樹(shù)水庫(kù)建成后，寧夏河段冬季各