可变网格下的水库滑坡涌浪数值模拟研究

采用动网格技术,建立了可变网格下的平面二维水库滑坡涌浪数学模型,与传统固定网格下的数学模型相比,克服了难以精确计算水库滑坡体对水体作用的困难.以一模型试验为研究对象,采用数学模型对其进行了复演,模型将滑坡体对水体的作用采用可变网格的思想实现,使滑坡体所占区域的计算网格随滑体下滑.模型计算值与实测值比较表明,两者吻合较好,说明基于可变网格思想的数学模型能够较准确地模拟滑坡涌浪过程,为滑坡涌浪的计算、预测提供了一种新的研究方法.     

长江中下游阻隔性河段作用机理

阻隔性河段能够阻隔上游河势调整向下游的传递,对稳定河势起到关键性作用。本文以长江中下游34个单一河段为研究对象,在系统总结长江中下游河道演变规律的基础上,归纳出阻隔性河段控制要素包括：单一微弯的河道平面形态、河段中上部无挑流节点;河相系数小于4;河道纵比降大于1.2?;凹岸黏粒含量高于9.5%;床沙中值粒径大于0.158 mm等。从Navier-Stokes方程出发,推导出河湾水流动力轴线弯曲半径的表达式,进而分析了各控制要素对水流动力轴线摆动及阻隔性河段形成的作用。阻隔性河段的判别条件为：不同流量级下水流动力轴线摆动力与河道边界条件约束力的比值始终小于1;阻隔性河段作用机理在于：即便上游河势发生调整,本河段的河道边界始终能约束主流摆动幅度,归顺上游不同河势条件下的主流平面位置,为下游河道提供了相对稳定的入流条件,从而阻隔上游河势调整向下游传递。     

一次西南涡引发MCC暴雨的中尺度分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、国家气象卫星中心云顶亮温和地面加密观测资料对2013年7月21—22日发生在陕南的暴雨天气过程进行中尺度诊断分析。结果表明:中尺度对流复合体(MesoConvectiveComplex,下简称MCC)是此次暴雨的直接影响系统;500hPa停滞的低槽,配合对流层高层急流分支出口的强辐散及对流层低层西南低涡的动力抬升作用,形成有利于MCC生成、发展的大尺度环流背景;700hPa西南低空急流、850hPa气流的南支分量为MCC的生成、发展提供充足的水汽和能量;西南低涡的东北移动伴随有MCC云团的生消发展,MCC的发展经历了生成、发展、成熟、消散四个阶段,陕南强降水位于云顶亮温等值线密集一侧;MCC发生在高能、弱对流不稳定区;露点锋加强暴雨区的垂直上升运动,系统北部冷空气与南侧西南暖湿气流导致低层锋生,大气斜压性增大,并在陕南地区产生辐合上升,形成次级环流,又触发对流不稳定释放,相互之间有正反馈的作用。     

金沙江下游梯级水库对氮、磷营养盐的滞留效应

氮、磷是水域重要的营养或污染物质,大型水库修建将对江河氮、磷物质的输运产生重要影响.以金沙江华弹、向家坝水文站2006-2016年实测水质资料为依据,通过建立污染物浓度与流量比值（TN/Q、TP/Q）与含沙量（S）的关系式,对金沙江下游溪洛渡、向家坝梯级水库蓄水前后进出库总氮（TN）、总磷（TP）浓度及通量的变化特征进行研究.结果表明：（1）华弹站不受蓄水影响,TN和TP浓度在0.38~1.41和0.01~0.73 mg/L之间变化,向家坝站蓄水前TN和TP浓度在0.32~1.33和0.03~0.42 mg/L之间变化,蓄水后在0.35~1.29和0.01~0.05 mg/L之间变化,蓄水后TN浓度较蓄水前略有升高,但TP浓度较蓄水前约降低75%;（2）蓄水前华弹站TN浓度与向家坝站基本接近,TP浓度总体低于向家坝站,蓄水后华弹站TN浓度低于向家坝站,TP浓度明显高于向家坝站;（3）金沙江TN以硝态氮（NO₃^--N）为主,占TN浓度的67.3%~91.8%;（4）两站的TN浓度随流量和含沙量变化较小,TP浓度与流量和含沙量均呈正相关关系;（5）华弹站TN、TP年通量在48357~135827和4720~14163 t之间变化,年均值分别为90337和8932 t,向家坝站蓄水前后TN年通量在64232~130966和71675~149647 t之间变化,蓄水后通量总体高于蓄水前,TP年通量在8851~18624和3131~7300 t之间变化,蓄水后通量远低于蓄水前;（6）水库蓄水对出库TN浓度与通量无明显影响,但TP浓度与通量较蓄水前明显降低,其中通量年均滞留率约为67.0%.     

三峡水库区间来沙量估算及水库排沙效果分析

三峡水库是控制和开发长江的重要工程,具有巨大的防洪、发电、航运等综合效益.水库排沙比是反映水库拦截泥沙程度的重要指标.针对目前三峡水库排沙比计算没有考虑三峡水库区间来沙,结果偏大的问题,依据三峡水库区间水文站2003-2016年实测水文资料,采用水文学法估算了三峡水库区间月、年入库输沙量,分析了三峡水库排沙效果及主要影响因素.结果表明：1）三峡水库区间年均来沙量约1775×10⁴ t,占总入库沙量的10.3%,近年来沙占比有所增大,其中2013-2016年来沙量占总入库沙量的26.9%;2）三峡水库年均排沙比为21.6%,其中围堰蓄水期为34.1%,初期蓄水期为17.0%,试验性蓄水期为15.4%;3）三峡水库采用"蓄清排浑"方式运行,主汛期7-9月的排沙比一般大于枯季,但2013年以后,出现了主汛期排沙比小于枯季的现象;4）入库细颗粒泥沙的排沙比大于粗颗粒泥沙,其中粒径d ≤ 0.062 mm的细颗粒泥沙排沙比为23.4%,0.062 mm0.125 mm的中粗沙排沙比分别为5.5%和11.1%;5）三峡水库排沙比汛期主要受V/Q影响,枯季主要受入库含沙量的影响;当V/Q约为170×10⁴ s时,水库排沙效果最差;分别建立了汛期和枯季排沙比经验计算式.本文的研究成果可为三峡水库水沙优化调度等提供参考.     

河床冲刷粗化多步预报模式研究

运用概率论与力学分析相结合的方法,提出了考虑非均匀沙隐暴效应的泥沙起动概率计算模式,并在已有研究成果的基础上,建立了以泥沙起动概率为核心的河床冲刷粗化多步预报模式,该模式可同时满足预报粗化层级配和冲刷深度的要求。实测资料验证表明,此模式具有较好的预报效果。     

汉中市6-9月主汛期暴雨预报方法

        统计汉中市1986-1995年高空和地面资料,得出汉中市6-9月暴雨预报指标作为暴雨发生的起报条件。再用相关分析方法选取2002年汛期T213数值预报产品与降水关系密切的且物理意义明确的因子,对这些因子进行格点插值后统计分析,确立每个站点暴雨的临界指标值,利用该临界指标值作为判据进行暴雨的消空和订正,进而形成24h暴雨过程综合预报方法,并对预报效果进行了对比分析。

     

场变量在汛期分县降水预报中的应用

选取MICAPS平台下的高空和地面实时资料以及T106数值产品资料，用切比雪夫展开式展开了T106数值预报产品的气象要素场的权重系数物理意义作为天气分型的依据，求T106预报产品与典型历史气象要素场（根据T106历史资料和降水实况确定的气象要素场）两切比雪夫展开式权重系数之间的相似距离，结合当地的适用因子作经验完全预报。     

垂向二维非恒定流及悬浮物分布模型研究

采用σ坐标变换拟合复杂边界、VOF方法追踪自由水面变化和SIMPLE算法求解控制方程等建立垂向二维非恒定水流及悬浮物分布数学模型。该模型适用于变量在横向上分布基本均匀的水流流动特性及悬浮物扩散迁移过程的模拟,与刚盖假定或静水压强假定等条件下建立的垂向二维数学模型相比更符合实际情况。分别对概化水库水流结构的沿程变化、明渠均匀流及带有槽沟的明渠非均匀流及悬浮物浓度分布进行了模拟,计算结果与实测值符合良好。模型的应用可为河道或水库的洪水调度、水污染控制、取水工程优化等提供参考。     

各向异性密度流模型及其验证

针对密度流流动各向异性的特性,采用非线性k-ε模式求取雷诺应力,结合RNG模型及浮力修正建立了三维密度流模型.应用该三维模型计算了水库温差异重流,分析了温差异重流演进过程,并就流速分布与水温下泄过程与实测资料进行了比较.结果表明,所建模型由于引入非线性RNG模式,能有效反映密度流的各向异性特性,较好地模拟了流场和温度场强烈耦合的水库温差异重流,能准确预测温度分层过程与异重流潜行时间,具有较高精度.