人类活动对珠江三角洲水动力环境影响研究

论文题目: 人类活动对珠江三角洲水动力环境影响研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 水力学及河流动力学

作者: 郑国栋

导师: 李义天

关键词: 人类活动,珠江三角洲,水动力环境,工程群体,一维网河模型,二维河口模型,采砂活动,口门延伸,叠加效应,高分辨率有限元模型,大涡模拟,坐标变换,阻力系数

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 珠江三角洲近年来所表现出来的水情变异,主要归结于短时期内人类活动高频的、大规模、大范围的强烈干预改变了河流的自然演变特性,致使河流的水情、水动力环境发生了剧烈变化,这一点国内学者基本达成了共识。但三角洲网河所表现出的形式是各种复杂的、多样的人类活动干预共同作用下的综合,而不是某个活动(或工程)独立的影响结果。本文把隐藏在河流表面特性背后的纠缠在一起的各种复杂因素分离出来,分别进行独立研究,有利于使问题清晰、明了,其成果对于引导今后的河道管理与规划方案具有重要意义。 本文总体上按照三条“主线”、三个“维向”开展研究,即从微观到宏观(局部到整体),从单个工程到工程群体,从单一河流到网河(或流域);从“横向”缩窄河宽(或缩小过流面积)、“纵向”延伸河道以及“垂向”切深河道等三个“维”向对河流影响的不同效应分别开展研究。模拟人类活动(工程群体)的叠加效应累积从“量变”到“质变”的过程,以及不同“维向”的人类活动对河流水动力环境影响的不同贡献。具体内容如下: 1)综述了珠江三角洲网河区水动力研究现状,说明本文选题的意义及开展研究的必要性;简要介绍了目前研究方法和存在的问题,阐明了本文的研究内容、方法和特点(第一章)。 2)第二章先针对工程对水流流态的干扰进行模拟,建立能够模拟局部精细流场的高分辨率有限元模型,结合亚格子模型(大涡模拟)采用无结构网格成功模拟了方柱墩周围的马蹄涡和卡门涡街,研究最简单的局部工程对水流结构影响的机理; 3)第三章在概化天然河道的基础上,应用一维水流模型研究了工程群体的壅水叠加效应对单一河流(水道)的影响,揭示了叠加效应累积从“量变”到“质变”或者使情况或问题“升级”的过程。建立了沿程损失参数糙率n与局部损失系数ξ的转换关系,为工程后的模型糙率取值打下基础; 4)第四章充分调查分析由于人类活动造成的珠江三角洲网河区河道“横向”的缩窄程度,根据实地调查和原型测验得到的工程群体的数量、分布及阻水情况来概化三角洲网河河道。建立基于三级联解技术的一维网河水动力模型,模拟工程群体不同分布密度、阻水

论文目录:

引言

一 问题的提出

二 研究方法

1 数值计主要方法

2 局部水流结构模拟研究现状

3 珠江三角洲网河及河口区数学模型研究现状

三 本文的主要内容

第一章 工程局部流场的精细数值模拟

1.1 不可压粘性流的数值模拟方法

1.1.1 控制方程

1.1.2 亚格子湍流模型

1.1.3 求解过程——压力校正法

1.1.4 有限元离散

1.1.5 高分辨率有限元格式

1.2 方柱绕流三维数值模拟

1.2.1 非结构化网格

1.2.2 方柱附近水流结构

1.3 方墩绕流平面二维数学模型

1.3.1 浅水模型

1.3.2 基本方程的有限元离散

1.3.3 有限元网格

1.3.4 尾涡的非恒定运动

1.4 小结

第二章 工程及工程群体对河道的影响

2.1 河道概化

2.1.1 工程前的河道概化

2.1.2 工程后的河道概化

2.2 数学模型

2.2.1 基本方程

3.2.2 阻力转换

2.3 局部工程对河流影响的模拟

2.3.1 单个工程对河流的影响

2.3.2 工程群体对河流的影影响

2.4 小结

第三章 涉水工程对珠江三角洲网河水情的影响

3.1 珠江三角洲涉水工程占用河道概况

3.1.1 珠江三角洲网河区水道宽度变化

3.1.2 珠江三角洲桥梁分布

3.1.3 珠江三角洲码头分布

3.1.4 桥梁壅水原型测验

3.2 网河水动力模型

3.2.1 网河水动力模型研究概况

3.2.2 一维网河数学模型

3.2.3 求解方法

3.3 涉水工程对珠江三角洲网河水情影响模拟

3.3.1 工程对三角洲网河行洪水位的影响

3.3.2 涉水工程对三角洲网河分流比的影响

3.4.小结

第四章 采砂活动对珠江三角洲网河动力的影响

4.1 采砂问题研究现状

4.2 珠江三角洲网河河床冲淤演变趋势及采砂量

4.3 采砂对珠江三角洲网河河床演变的影响

4.4 采砂活动对珠江三角洲网河动力影响模拟

4.4.1 模型概化

4.4.2 采砂对行洪的影响

4.4.3 采砂对径潮流动力影响

4.5 小结

第五章 河口延伸对珠江三角洲网河动力的影响

5.1 珠江三角洲河口延伸概况

5.2 口门自然延伸对网河动力影响的数值模拟

5.2.1 网河水动力模型

5.2.2 河口平面二维水流模型

5.2.3 河网和河口模型的边界条件及其连接

5.2.4 模型范围

5.3 模型的率定、验证

5.4 口门延伸对珠江三角洲网河动力的影响

5.4.1 口门延伸对行洪的影响

5.4.2 口门自然延伸对网河径潮流动力的影响

5.5 小结

第六章 结语与展望

6.1 总结

6.2 取得的认识

6.3 问题与展望

参考文献

致谢

附录

发布时间: 2006-03-27

参考文献

• [1].基于可持续发展的珠江河口治理研究[D]. 王伟.河海大学2006
• [2].排污河道沉积物特性、分布及其疏浚处置的研究[D]. 黎荣.天津大学2005

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• [5].水沙过程与河流生态环境作用初步研究[D]. 何用.武汉大学2005
• [6].基于可持续发展的珠江河口治理研究[D]. 王伟.河海大学2006
• [7].中国流域自然作用和人类活动对（河流）入海泥沙的影响[D]. 戴仕宝.华东师范大学2006
• [8].河网与河口地区耦合模型的研究及应用[D]. 张蔚.河海大学2006
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