葛洲坝水利枢纽运行后泥沙冲淤变化分析

对葛洲坝水利枢纽及其运行情况和河段特性进行了介绍。分析认为葛洲坝水利枢纽运行前后的入库水沙特性基本一致。探讨了库区冲淤变化特点、淤积量及其分布,冲淤过程及达到冲淤平衡的时间。对坝下游河床的冲淤过程、冲淤量、达到冲淤平衡的时间以及河床粗化,河底高程历年变化及同流量水位降低的原因、降低量及变化过程进行了分析总结。研究结果可为进一步探讨三峡水利枢纽与葛洲坝水利枢纽联合调度运用后水库泥沙淤积变化规律提供参考。     

三峡深水高土石围堰工程的渗流研究

为了对三峡工程二期高土石围堰防渗设施的布置方案及其阻渗效果进行比较,采用有限元法对二期高土石围堰在不利的运行工况下的渗流场进行数值分析.比较了双排混凝土防渗墙方案、单排塑性混凝土低防渗墙加土工膜斜墙和单排厚塑性混凝土防渗墙等3种方案,分别采用恒定与非恒定模型计算,对立面二维和三维绕渗及防渗墙局部开裂等不利工况分别进行了数值模拟.结果表明:三方案均可有效抑制渗流场,双排混凝土防渗墙的防渗效果最好;墙体的局部开裂仅对局部区域的流场有影响.非恒定数值分析表明,堰体、基础不均匀沙石料及基坑抽水速度对渗流场影响极大,为保证堰体稳定,应限制基坑水位降落速度小于2 m/d.     

三峡水库枯水期补水调度对洞庭湖越冬白鹤(Grus leucogeranus)摄食栖息地的影响

摄食栖息地面积是反映越冬水鸟生存空间的直接指标,三峡水库运行后洞庭湖枯水期水文节律出现新的变化,给越冬水鸟摄食栖息地造成的影响尚不明确.为定量描述三峡水库枯水期不同出库流量对洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地的影响,以洞庭湖典型的珍稀越冬水鸟——白鹤(Grus leucogeranus)为指示性候鸟,以白鹤摄食对栖息地水深需求作为关键生态因子,建立白鹤摄食对水深需求的栖息地适宜度模型.构建涵盖长江干流、三口河系、洞庭湖及其四水尾闾河段的江湖一体化耦合水动力模型,实现栖息地水动力分布特征的精确模拟.在此基础上耦合栖息地适宜度模型和水动力模型,建立了面向白鹤摄食对三峡水库出库流量需求的物理栖息地模型,量化不同出库流量对应的白鹤摄食栖息地加权可利用面积,定量分析水库运行对白鹤摄食栖息地面积的影响.结果表明:1月中旬三峡水库不同出库流量下洞庭湖白鹤潜在摄食栖息地面积保持稳定并随出库流量的增加呈增大趋势,维持在101.40~121.84 km²之间,其中东洞庭湖摄食栖息地面积在7.49~9.86 km²之间,南洞庭湖(含横岭湖)摄食栖息地面积在47.37~60.34 km²之间,西洞庭湖摄食栖息地面积在46.54~51.64 km²之间.不同湖区摄食栖息地面积随着三峡水库出库流量的增加均呈增大的趋势,说明三峡水库枯水期补水调度对于维持栖息地面积具有重要作用.较三峡水库运行前相比,白鹤摄食栖息地面积最大增加20.44 km²,对应的增幅为20.16%.成果明晰了三峡水库运行对洞庭湖白鹤摄食栖息地面积的影响规律,可为通过三峡水库补水调度改善洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地生境提供理论基础.     

三峡船闸高边坡降雨入渗的三维数值仿真

基于反映裂隙岩体渗透张量各向异性特性的广义达西定律与相对透水率等裂隙岩体渗流基本理论,应用三维非线性有限元方法,对长江三峡工程永久船闸高陡边坡在连续降雨条件下裂隙岩体饱和-非饱和、非恒定渗流扩散过程进行了三维数值仿真分析,得出了连续降雨条件下船闸高陡边坡裂隙岩体渗流场的时空分布规律及典型降雨时段闸室混凝土衬砌上的最不利外水压力荷载,对暴雨入渗情况下闸室边墙稳定性与安全性进行了评价。分析结果表明,闸室混凝土衬砌具有较高的安全度;船闸高陡边坡内排水系统效果显著,即使遭遇长期强降雨,闸室衬砌上的外水压力荷载受降雨的影响也不大。     

曲线坐标系二维带自由表面强紊动水流数值模拟

将追踪自由表面的流体体积(VOF)法应用于曲线坐标系下水流控制方程的求解中,计入流线弯曲对水流紊动特性的影响,建立了垂向二维强紊动水流的曲率修正的紊流模型,并对溢流坝反弧段的紊流特性进行了数值模拟。数值计算时,采用有限体积法离散水流的控制方程;物理变量,如:压力P、紊动参量κ、ε、γt等,采用交错方式排列(交错网格布置),用SIMPLEC算法求解离散方程。计算结果表明,得到的溢流坝反弧段的自由表面位置、速度场、压力场、剪应力分布和紊动能分布与实验结果吻合良好。     

Numerical Study of Submerged Vertical Plane Jets Under Progressive Water Surface Waves

When wastewater is discharged into a coastal area through an ouffall system, it will always be subjected to the action of waves. It is important to study and quantify the mixing of the discharge with the ambient water so that accurate environmental impact assessment can be made for such discharge conditions. The present work aims to study the phenomenon of a plane jet discharged into water environment with regular waves. A 3D numerical model based on the full Navier- Stokes equations （NSE） in the a-coordinate is developed to study the present problem. Turbulence effects are modeled by a subgrid-scale （SGS） model using the concept of large eddy simulation （LES）. The operator splitting method is used to solve the modified NSE. The model has been applied to the simulation of three different eases of submerged plane jets with surface waves： jet with strong waves, jet with weak waves and jet without waves. Numerical results show that the waves enhance the mixing of the jet with the ambient fluid, and cause a periodic deflection of the jet. The size of the recirculation is about 1.5- 2.4 h （water depth） . The velocity profile of the jet is serf-similar in the zone of established flow for both the pure jet and jet in wave circumstances. The spreading characteristic constant a is 0. 100 and 0. 105 for pure momentum jets with Re numbers 1025 and 2050. The value of a increases from 0. 130 to 0. 147 for a jet in weak and strong wave circumstances, showing that waves have an obvious effect on the mixing and dilution properties of jets. Numerical results are in good agreement with the experimental data for the cases of pure jets and jets with waves.     

土石坝沥青混凝土心墙力学参数反演分析

沥青混凝土的本构模型参数与试件成型方法、试验条件密切相关,具有较大的离散性,难以准确确定。利用基于免疫学原理的遗传算法与有限元计算理论,建立了土石坝力学特性参数的反演分析方法,并编写了相应的计算程序。结合三峡茅坪溪沥青混凝土心墙堆石坝工程,利用竣工期坝体填筑现场原型监测资料,对心墙沥青混凝土的Duncan模型参数进行了反演计算。利用139 m水位的原型监测资料验证了反演成果的合理性,对沥青混凝土力学参数的合理确定提供了一条有效途径。     

改进的有自由面渗流问题的Bathe算法

建议了一个新的有自由面渗流问题的变分不等式提法,该提法通过将潜在出渗面上的边界条件提为Signorini型条件,从而从理论上消除了出渗点的奇性,解决了出渗点的定位问题。同时在离散求解时,通过引进依赖于网格参数的连续型Heaviside函数,克服了Bathe算法中所固有的网格依赖性,提高了这类方法的数值稳定性。     

淹没植物明渠床面冲淤及其对水流运动的影响

植物的存在改变了河流水动力特性,造成独特的床面冲淤态势。利用实验室水槽模拟含淹没植物的河道,对床面形态和紊流统计特性参数进行测量,研究不同类型紊流作用下的床面冲淤特征以及床面起伏对流动的影响。结果表明:床面剪切紊流条件下,床面形态为马蹄坑-沙沟/沙脊与沙波复合分布,床面变形加剧了流速沿水深不均匀分布并促进水流动量交换;在自由剪切混合层紊流条件下,床面形态为植物根部马蹄形冲坑及其后方沙沟、沙脊交错分布,床面变形对流动的影响并不显著;“类二重紊流”条件下,床面形态同样表现为马蹄坑-沙沟/沙脊-沙波复合,床面变形促进植物层内部的水流动量交换、抑制紊动清扫,抑制植物层外部的动量交换、促进紊动喷射。     

深切峡谷河道滑坡灾害影响的水动力学分析

以虎跳峡滑石板边坡拉裂区失稳可能形成的滑坡为研究对象,依据滑石板边坡稳定性分析结果预测滑坡规模,在分析深切峡谷天然河道滑坡灾害特点的基础上,从滑坡涌浪、堰塞体上游壅水过程、堰塞溃坝水流挟带块石粒径等方面,对滑石板滑坡可能造成的两家人水电站各厂址区域危害进行分析预测,得出的结论可作为两家人工程厂址选择可行性论证的决策依据。提出了基于Delft3D软件水动力学数值模拟的滑坡堰塞体上游水位壅高过程仿真分析方法,以及应用水利水电工程立堵截流抛石粒径计算理论进行堰塞体溃坝水流挟带最大块石粒径估算的方法,为深切峡谷天然河道滑坡灾害防治措施和滑坡后果影响的综合分析提供参考。