黄河兰州段河床演变及数值模拟分析

作     者：赵素敏 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何文社

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：水文特性 水库修建 河床演变 取水口 

摘      要：本文分为两部分。第一部分对黄河兰州段的河道演变情况进行了分析,第二部分对90度横向取水口建立了数值模型,分析了取水口附近敏感水域及口门断面的水流特性。对黄河兰州段起尤为重大的影响作用的水库是刘家峡水库和龙羊峡水库,本文着重分析了这种影响,以1986年两库联合调度后为界,把从1956年到2010年54年的河段历史分开,第一时段属于天然状态,第二时段属于龙刘水库联合调度状态,对黄河兰州河段的水文资料、泥沙资料进行了重点分析,从而得出水库修建对河段的影响以及兰州河段河床的演变规律。在第二部分中,主要研究取水口的修建对河道的水文特性的影响。为了研究取水口附近敏感水域的水流变化情况,包括幅度范围等规律,本次采用取水角为90度的取水口模型进行研究,采用数值模拟的方法,利用前处理器ICEM建模以及FLUENT12.0商业软件进行计算,选取RSM雷诺应力模型。针对实际取水工程的边界条件特点,以流速比η为主要参数,研究取水口近区敏感水域的三维水力特性。通过建立数学模型,对结果进行比较分析,得出取水口近区水域的水力特性表现为(1)η一定的工况下,各测层的流速分布是不同的,但不管流速比是多少、在哪一测层,在主槽口门上游附近均存在一个加速区,在口门的下游附近均存在一个滞流区或缓流区;分槽左岸靠近口门处均存在一个回流区。(2)随着η的增大,分槽内的回流区逐渐便到达并且逐渐向右岸转移;加速区的范围逐渐变大;滞流区或者缓流区的范围逐渐变小。同一个η的情况下,分槽内表层水流的回流区强度和范围大于底层水流。从取水口附近各测层流速的矢量图中可以看出,(1)在取水口近区敏感水域,取水口上游近岸侧流速偏大,下游近底层流速较小,存在低流速区;(2)主槽来流因为受到取水口的影响,在上游一定距离的地方发生偏转,一部分水流流入分水槽,其余部分继续向主槽下游流动;(3)同一η的工况下,随着水深的增加,主槽来流方向流速逐渐减小,但分槽取水方向流速逐渐增加。口门断面的水力特性表现为(1)随着η的增大,口门断面流速的峰值不断减小,最小值却不断增大;(2)不管η为多少,在口门上游底部均存在一个低速去,当η较大时,这个区域甚至出现了回流;(3)不同η时,口门断面近底部均存在一个低速区,说明此处存在缓流或者滞流。