深圳河湾水流泥沙数值模拟及对防洪方案计算

论文摘要

深圳河是深圳与香港的界河。深港联合治理深圳河工程前两期工程完成后，河床出现了严重的泥沙淤积，大大降低了深圳河的防洪能力。建立深圳河湾的水流泥沙数学模型，研究其水动力状态、泥沙分布输移规律以及河床冲淤变化形态，对于深圳河的防洪、底泥及水体污染治理具有重要的指导意义。深圳河历次地形资料的分析表明，深圳河近年来的整体变化趋势是淤积，以淤积为主河段占干流总面积的47%，动态平衡区域占41%，不稳定区域占12%。截至2009年汛后，深圳河罗湖至深圳河口段总淤泥量约为300万m3。结合水文资料的分析表明，径流对河床冲淤有着很重要的作用：枯水期时，流量较小，流量的增大会导致河床淤积的加剧；丰水期时，流量较大，流量的增大会导致河床冲刷。总体来说，河床是淤积的。采用Delft3D模型的区域分解技术建立深圳河湾二维水流泥沙数学模型，将研究区域分解成较细网格的深圳河区域和较粗网格的深圳湾区域耦合计算。对丰水期、枯水期的验证表明，高低潮位、涨落急流速、流量峰值的平均误差分别小于0.10m、0.14m/s、75.02m~3/s，涨、落急流态合理，含沙量的平均误差小于0.021kg/m~3，河床冲淤误差2.30cm，相对误差23.7%，河床冲淤整体合理，模型能够较好地反映深圳河湾的水动力泥沙状况。在水流泥沙验证的基础上，对2008年6月11日至6月16日实测洪水过程进行验证，其洪峰潮位及流量的误差分别小于0.15m和5.5%，验证结果结果良好。在此基础上，模型研究了深圳河的防洪能力现状及两组清淤方案的效果，计算结果表明：20年一遇洪水影响下，梧桐河口、布吉河口的洪峰潮位分别比设计潮位高0.659m、0.738m；50年一遇洪水影响下，梧桐河口、布吉河口的洪峰潮位分别比设计潮位高0.836m、0.928m；河段防洪能力已远远不足50年一遇，上游也达不到20年一遇防洪标准；深圳河段平均清淤2.0m时，梧桐河口达到50年一遇防洪标准，布吉河口洪峰潮位比设计潮位高0.026m，接近50年一遇防洪标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 泥沙基础理论
• 1.2.2 泥沙数学模型
• 1.2.3 深圳河湾数值模拟
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 研究区域概况
• 2.1 自然地理
• 2.2 降水
• 2.3 径流
• 2.4 潮汐与潮流
• 2.5 水温
• 2.6 泥沙
• 第3章 水沙特征及冲淤分析
• 3.1 潮量与潮差关系
• 3.2 水位流量关系
• 3.3 输沙率与流量关系
• 3.4 河道冲淤规律
• 3.4.1 横断面分析
• 3.4.2 纵断面分析
• 3.4.3 整体趋势
• 3.5 冲淤量与径流量关系
• 3.6 本章小结
• 第4章 深圳河湾水动力泥沙数学模型的建立
• 4.1 Delft3D 模型概述
• 4.1.1 Delft3D 软件模块组成
• 4.1.2 Delft3D 模型数值理论基础
• 4.2 深圳河湾二维水动力模型建立
• 4.2.1 模型范围
• 4.2.2 水动力验证
• 4.3 深圳河湾二维悬沙数值模型建立
• 4.3.1 参数的确定
• 4.3.2 含沙量及冲淤验证
• 4.4 计算结果分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 深圳河防洪能力研究
• 5.1 总体冲淤变化分析
• 5.2 洪水验证
• 5.3 算例设置
• 5.4 计算结果分析与讨论
• 5.4.1 50 年一遇洪水
• 5.4.2 20 年一遇洪水
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果