变态河工模型模拟技术研究

  • 获奖名称: 变态河工模型模拟技术研究
  • 获奖等级: 一等奖
  • 获奖类别: 长江委青年科学技术奖
  • 授奖单位: 长江水利委员会
  • 完成单位: 长江水利委员会长江科学院
  • 获奖年度: 2012
  • 获奖人员: 廖小永、唐文坚、王家生、刘同宦、蔺秋生
  • 成果简介:本项目是水利部“948”计划技术创新与转化项目。 本项目通过原型观测资料与模型成果对比分析、概化实体模型试验、数学模型计算及理论分析等多种手段，研究几何变态、时间变态对河工模型试验中悬移质泥沙冲淤变形的影响，并分析其影响因素，提出相应的改进方法与措施。 研究结果表明，变态河工模型试验理论上只是一种近似的预测，特别是对于三维性较强的河段，在水流及泥沙运动方面均可能出现不同程度的误差；影响几何变态模型悬移质泥沙运动的主要因素是模型变率、宽深比和弯道曲率半径的大小，主要体现在变率和边壁对水流结构及泥沙运动的影响。其变化规律为，悬移质泥沙运动相似性与模型变率成反比，与宽深比和弯道曲率半径成正比。当模型变率≤4，宽深比≥6.3时，河床变形与正态模型基本相似，反之，则偏离稍大；在相同变率条件下，河床变形的偏离程度，弯道段大于顺直段，动凸岸边界条件比定凸岸边界条件河床变形更为合理；模型的时间变率越大，模拟的河段越长，河床冲淤变形与天然河道的偏差越大；相同条件下，模型越长，距离出口水位控制站越远的河段，河床累计冲淤量偏差越大；在满足三维非恒定悬移质泥沙运动方程的相似性条件下，从相似理论推导来看，悬移质泥沙悬浮相似条件和沉降相似条件相同。 根据综合研究成果，针对模型几何变态和时间变态对悬移质泥沙冲淤变形的影响程度及影响因素，从悬移质泥沙运动的相似条件、模型变率限制条件、弯道凸岸边界条件等方面提出相应的改进方法与措施。 这些成果和认识对于提高河工模型试验成果的精度和促进变态河工模型模拟技术的发展，具有良好的推广应用前景和学术价值，并在多个重大项目模型试验中得到了推广应用。