顺直渠道内交错边滩的生成、演化与泥沙分选

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• 论文作者：钱红露 ; 曹志先 ; 刘怀汉 ; Gareth Pender
• 年：2016
• 作者机构：武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室;School of Energy, Geoscience, Infrastructure and Society, Heriot-Watt University;长江航道局;
• 论文关键词：交错边滩 ; 数值模拟 ; 非均匀沙 ; 泥沙分选 ; 宽深比
• 会议召开时间：2016-10-26
• 会议录名称：2016年全国环境力学学术研讨会摘要集
• 语种：中文
• 分类号：TV14
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：2016年全国环境力学学术研讨会
• 会议地点：中国江苏苏州
• 主办单位：中国力学学会环境力学专业委员会、江苏省力学学会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：1
• 文件大小：402k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

本文建立了一个二维耦合水沙动力学模型来研究顺直渠道内交错边滩的生成、演化与泥沙分选。该耦合模型充分考虑了水-沙-床之间的相互作用,控制方程通过有限体积Slope LImiter Centred(SLIC)方法求解,并且能够满足静水平衡(well-balanced)的性质。首先,模型成功模拟了均匀沙条件下交错边滩的生成、发展与达到平衡的全过程。然后,模型重点模拟研究了非均匀沙条件下边滩泥沙在纵向与垂向上的分选规律。通过数值模拟,本文首次揭示了以往的实验和数值模拟中所观察到的截然相反的泥沙分选规律是由不同的输移条件(完全输移与部分输移)决定的。在完全输移的条件下(各组分泥沙都能起动并参与输移),河床表面的泥沙表现出滩粗槽细的纵向分选规律,河床底部的泥沙从下而上呈现出不动层-细化层-粗化层的分选结构。相反地,在部分输移的条件下(只有细颗粒泥沙可动并参与输移),泥沙的纵向分选规律表现为滩细槽粗,而垂向结构则自下而上为不动层-粗化层-细化层。另外,本文还研究了渠道的宽深比对交错边滩生成与演化的影响。研究发现:在一定的条件下,当渠道的宽深比小于一个临界值(约12)时,交错边滩不会生成;而当宽深比过大时(大于约50),生成的就不是交错边滩而是多行边滩。并且,随着宽深比的增加(12~50),边滩的波长会逐渐增大,波高先迅速增大后保持稳定,而波速相对稳定不变。

引文