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延伸：生態(tài)工程技術在城市河道治理中的應用研究 以上海市曹楊環(huán)浜河道水環(huán)境整治為例
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水利學報

2003年09月 SHUILI XUEBAO 第9期 文章編號：0559-9350 (2003) 09-0025-06

二維水沙數(shù)學模型在復雜河道治理中的應用

白玉川1，楊建民1，黃本勝2

(1.天津大學 建筑工程學院，天津 300072；2.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510610)

摘要：本文結合北江下游具體河段，針對河段彎曲及河道分汊的特性，考慮岸灘崩塌展寬進行邊界處理，建立了二維平原型彎曲河道水沙數(shù)學模型，正確地計算模擬了河段中大江心洲和丁壩的繞流阻水現(xiàn)象，準確地處理了灘地漫水、魚塘及挖沙坑蓄水及其對河道演化趨勢的影響，為河道的科學治理提供了依據(jù)。在計算方法上，本文采用了二維有限元的方法，可進行網(wǎng)格自動剖分和局部加密計算模擬。

關鍵詞：水沙數(shù)學模型；有限元方法；河流模擬；泥沙

中圖分類號：TV149 文獻標識碼：A

北江是珠江水系第二大河，發(fā)源于江西省信豐縣大茅山，跨越贛、湘、桂、粵四省(區(qū))27個縣市。北江的暴雨具有范圍廣、強度大、歷時不長等特點，洪水猛漲暴落，易形成洪水災害。北江下游的石角至新沙洲至獅山河段，，屬于沖積平原河流，具有平原彎曲型及分汊型河流的特性。凸岸形成較大的邊灘，凹岸形成迎流頂沖，深槽逼岸的河勢。眾多的江心洲形成多汊河道，使得主流變化復雜，左右擺動，造成北江大堤河段變?yōu)楸姸嘤黜敍_、深槽逼岸的險段，嚴重威脅堤防的安全。新沙洲河段在20世紀50～70年代，左、右汊發(fā)育較為平衡，河床沖淤變化較小，主航道在新沙洲的右汊。進入80年代，由于多期航道整治，使左汊變成主航道。左右汊的分流比亦發(fā)生較大變化，90年代后，河床下切及演變趨勢向著不利于北江大堤安全的方向發(fā)展，其表現(xiàn)為左汊河床沖深7～17.5m。新沙洲河段西南險段整治工程是北江大堤安全達標加固工程的一部分，河段具有平原河流彎曲和分汊的特性，所以利用一般的泥沙數(shù)學模型進行水沙運動模擬較為困難。為了克服這些困難，科學地整治該復雜險段，我們建立針對特殊復雜地形和河勢的二維河道水沙數(shù)學模型。

1水流泥沙數(shù)學模型

二維水流泥沙數(shù)學模型主要包括兩部分內容，二維水流數(shù)學模型和二維泥沙數(shù)學模型。

1.1 模型方程水流連續(xù)方程

z(uh)(vh)++=0 txy

x方向水流運動方程 (1)

uuu2+v2uuz+u+vfv+g+g=0 2txyxCsh

收稿日期：2003-03-04

作者簡介：白玉川(1967-)，男，山西神池人，教授，主要從事泥沙運動力學、河口海岸動力過程的研究。

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