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澜沧江小白塔滩航道整治数学模型研究

澜沧江小白塔滩航道整治数学模型研究

作者：蒋孜伟重庆交通大学

学位级别：硕士

鉴于小白塔滩段紧靠景洪水电站，受枢纽发电非恒定泄流、泄洪等影响直接、明显，航槽又紧接景洪枢纽的下游引航道，并且受到白塔大桥和景洪老大桥的控制，航道整治的影响因素众多，滩险成因更为复杂，碍航因素更为多变，航槽选择受限较... 详细信息

鉴于小白塔滩段紧靠景洪水电站，受枢纽发电非恒定泄流、泄洪等影响直接、明显，航槽又紧接景洪枢纽的下游引航道，并且受到白塔大桥和景洪老大桥的控制，航道整治的影响因素众多，滩险成因更为复杂，碍航因素更为多变，航槽选择受限较多。因此，研究小白塔滩的成因及滩险的整治措施显得非常必要。本文在系统总结了内河航道整治研究现状及水流数学模型发展的基础之上，根据澜沧江小白塔滩的实测地形水文资料，建立了能较好地模拟复杂河道边界条件的平均水深有限元法二维水流数学模型对小白塔滩的航道进行整治研究。本文的主要结论如下：①研究所建立的二维水流数学模型经过实测资料的验证，结果表明数学模型得到的水位、流速及流向与实测资料较为接近，说明二维水流数学模型的建立和数值计算方法合理，能正确模拟实际河道的水流。②针对电站分散泄流及引航道带孔导航墙等复杂边界条件所建立的模型边界处理方法，建立了电站分散泄流与全断面泄流的流场趋于一致的沿程距与流量的关系式，提出的引航道带孔导航墙边界处理方法，能够较好模拟引航道横向入流和口门区回流等流态。③通过小白塔滩滩性计算分析，总结了碍航因素的三个方面：1)引航道口门区下游局部出现水深不足;2)航槽两侧岸线不规则，挑流作用强烈，多处横流较大;3)白塔大桥附近流速、比降在洪水期超标，为洪水急滩。④经过多方案整治工程数值模拟，提出的“切嘴、炸礁、扫床、筑坝”等措施，能达到满足“通航基本尺度，改善流态，平顺岸线，解决急流滩”的目的。采用延长引航道至CK0+580m处的方式，基本解决了引航道口门区横流偏大的问题。并辅以“切嘴、炸礁”等工程措施，平顺了岸线，改善了流态，得到了较好的整治效果。

关键词：澜沧江航道整治数学模型消滩判数

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基于极速法的卵石浅滩整治线宽度的确定

重庆交通大学学报（自然科学版） 2019年第12期38卷 86-91页

作者：许光祥蒋孜伟重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074

常规卵石浅滩整治线宽度的确定方法如河相关系法、水力学法、河流动力学法及经验法等,不能充分体现浅滩的基本特性。提出了一种基于浅滩断面形态、航槽布置位置、流速分布等特性的整治线宽度计算方法——极速法;引入航槽水深系数ηH、... 详细信息

常规卵石浅滩整治线宽度的确定方法如河相关系法、水力学法、河流动力学法及经验法等,不能充分体现浅滩的基本特性。提出了一种基于浅滩断面形态、航槽布置位置、流速分布等特性的整治线宽度计算方法——极速法;引入航槽水深系数ηH、航槽流速系数ηV、急滩上滩水力指标E C等参数,导出了体现滩险个性的整治线宽度计算公式;借助平面二维水流数学模型,采用极速法对长江上游白沙水道河段梨子碛卵石浅滩的整治线宽度B 2进行了验算。结果表明:用极速法计算得到的整治线宽度范围B 2=436~440 m,与实际工程吻合(长江上游宜宾—重庆河段实际工程的整治线宽度范围B 2=400~500 m),说明极速法计算式合理可行,可应用于类似浅滩整治工程的设计及方案优化。

关键词：港口航道工程卵石浅滩整治线宽度极速法航槽流速系数

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枢纽不同泄流方式的水流恢复距离研究

水利水运工程学报 2020年第2期2020卷 79-84页

作者：蒋孜伟许光祥重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074

计算水流的恢复距离,可以分析下游引航道口门区的通航水流条件是否受到了上游电站在不同泄流工况下的影响,进而可为电站的调度运行提供参考。以景洪电站为研究背景,分析了发电、控泄发电及敞泄停机这3种工况下的水流沿程分布情况,并与... 详细信息

计算水流的恢复距离,可以分析下游引航道口门区的通航水流条件是否受到了上游电站在不同泄流工况下的影响,进而可为电站的调度运行提供参考。以景洪电站为研究背景,分析了发电、控泄发电及敞泄停机这3种工况下的水流沿程分布情况,并与无坝全断面泄流工况的水流沿程分布情况进行比较,提出了水流恢复距离的概念,计算了不同工况下的水流恢复距离。结果表明,两侧泄流的恢复距离均大于中段泄流的恢复距离,泄流宽度所占的比例越大,恢复距离越短,泄流流量越大,恢复距离越长。通过对全断面泄流工况和极限泄流工况在引航道口门区水流条件的对比可知,当水流恢复距离大于引航道的长度时,相对应的泄流工况会造成引航道口门区水流条件明显的变化,此时需要考虑电站泄流对下游通航的影响。

关键词：复杂边界分散泄流全断面泄流恢复距离数值模拟

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长江重庆主城区河段水沙变化特征分析

泥沙研究 2015年第6期40卷 65-71页

作者：钟亮潘云文蒋孜伟重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074

在自然因素和人类活动的综合作用下,近期(2000年后)长江重庆主城区河段的水沙特性发生了一定变化。基于长江寸滩站、朱沱站和嘉陵江北碚站(简称"三站")1955-2011年的流量和悬移质含沙量资料,分析了长江重庆主城区河段的水沙变化特征,结... 详细信息

在自然因素和人类活动的综合作用下,近期(2000年后)长江重庆主城区河段的水沙特性发生了一定变化。基于长江寸滩站、朱沱站和嘉陵江北碚站(简称"三站")1955-2011年的流量和悬移质含沙量资料,分析了长江重庆主城区河段的水沙变化特征,结果表明:径流量和输沙量主要集中在汛期,年内分配具有高度集中和极不均匀的特点;径流量和输沙量年际交替变化,水沙阶段变化过程总体具有同步性,且均表现为长程正相关;与2000年前相比,三站近期的年均径流量分别减少了5.4%、5.0%和8.0%,年均输沙量分别减少了62.1%、44.3%和97.1%;三站年输沙量总体随年径流量呈递增变化,但不同时期的水沙关系差异较大。

关键词：长江重庆主城区河段径流量悬移质输沙量变化特征

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长江上游钱口石梁滩切礁整治试验

水运工程 2019年第6期 93-98,131页

作者：杨静黎蒋孜伟黄超重庆交通大学河海学院重庆400074 水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 长江重庆航道工程局重庆400010

钱口石梁是长江上游羊石盘—上白沙水道中水急滩。通过分析该滩段的碍航特性及滩险成因,采用模型试验方法对切礁整治方案进行研究。整治工程方案的影响因素包括切礁深度(4、5、6m)、切礁范围(全部切除和部分切除)、弃渣填槽。结果表明:... 详细信息

钱口石梁是长江上游羊石盘—上白沙水道中水急滩。通过分析该滩段的碍航特性及滩险成因,采用模型试验方法对切礁整治方案进行研究。整治工程方案的影响因素包括切礁深度(4、5、6m)、切礁范围(全部切除和部分切除)、弃渣填槽。结果表明:不同的切深方案,流态基本相同,横流减弱明显,基本不碍航;全部切除方案优势明显,航标数量减少,布设难度降低,航道维护和运行费用较小;弃渣填槽后,泡水和漩水一定程度减弱,流态进一步改善。推荐采用切礁深度5m、全部切除,并将弃渣填槽的方案。方案实施后航道条件得到有效改善,航道维护难度和运行成本降低。

关键词：钱口石梁滩碍航特征切礁整治模型试验

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引航道导墙透空技术改善流态的数值模拟研究

重庆交通大学学报（自然科学版） 2020年第1期39卷 98-102页

作者：蒋孜伟许光祥童思陈重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074

引航道口门区水流条件的好坏将直接影响船舶的行驶安全,因此对其研究具有重要的意义。以景洪电站为研究背景,将引航道透空隔水墙的闸孔出流通过流量相等原则等效为堰流出流,把多连通计算域变为单连通计算域,此方法便于在平面上修改节点... 详细信息

引航道口门区水流条件的好坏将直接影响船舶的行驶安全,因此对其研究具有重要的意义。以景洪电站为研究背景,将引航道透空隔水墙的闸孔出流通过流量相等原则等效为堰流出流,把多连通计算域变为单连通计算域,此方法便于在平面上修改节点高程,解决了平面二维水流数学模型难以处理多连通域边界的问题。计算结果表明,按透空结构的隔水墙边界处理后,最大回流、最大纵流、最大横流有着不同程度的减弱,且最大回流的减弱程度最为明显,这与物理模型的试验结果相比也是吻合的,说明等效堰流法处理此类边界较为有效,计算结果符合实际。

关键词：航道工程引航道口门区透空隔水墙数值模拟多连通域单连通域

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澜沧江小白塔滩航道整治

重庆交通大学学报（自然科学版） 2013年第4期32卷 687-691页

作者：蒋孜伟许光祥童思陈重庆交通大学河海学院重庆400074

针对澜沧江小白塔滩出现的局部水深不足、航槽岸线不规则、水流流态较差、洪水期流速与比降组合超过消滩水力指标等问题,采用"航道尺度解决、流态改善、急滩缓解"等方案,应用平面二维水流数学模型进行航道整治研究。研究表明:"切嘴""炸... 详细信息

针对澜沧江小白塔滩出现的局部水深不足、航槽岸线不规则、水流流态较差、洪水期流速与比降组合超过消滩水力指标等问题,采用"航道尺度解决、流态改善、急滩缓解"等方案,应用平面二维水流数学模型进行航道整治研究。研究表明:"切嘴""炸礁"等整治措施具有平顺岸线、改善流态等作用,整治后的滩段航道尺度可满足规划航道等级要求。

关键词：航道整治数学模型消滩判数

山区航道机动船消滩水力指标的无因次表达及计算

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工程科学与技术 2022年第5期54卷 72-81页

作者：许光祥蒋孜伟王松宁范小寒马超峰李梁喜童思陈重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074 澜沧江244界碑至临沧港四级航道建设指挥部云南景洪666100

消滩水力指标一般是指某船舶在额定载重、额定主机功率条件下能够自航上滩的最大航线流速和坡降的组合,是判定船舶能否自航上滩的临界水流条件,是急滩整治效果分析的参照依据。分析现有确定急滩消滩水力指标的方法存在的缺陷,指出了现... 详细信息

消滩水力指标一般是指某船舶在额定载重、额定主机功率条件下能够自航上滩的最大航线流速和坡降的组合,是判定船舶能否自航上滩的临界水流条件,是急滩整治效果分析的参照依据。分析现有确定急滩消滩水力指标的方法存在的缺陷,指出了现有综合消滩水力指标表达式存在的关键参数选择不合理、影响因子与主变量的关系不明确等不足。基于水流阻力与流速、坡降阻力与坡降的基本关系,依据船舶推力与航行阻力平衡的基本原理,从克服现有消滩水力指标计算和表达等不足的角度出发,导出了无因次消滩水力指标传统表达式和预估公式。应用澜沧江500 t级船舶静水航速实船试验结果,获得了螺旋桨实际转速与额定转速之比随进速系数的变化规律,计算消滩水力指标时,螺旋桨转速不宜取额定转速。结果表明,兹万科夫公式计算的水流阻力与船舶推力存在较为明显的偏差。绘制了阻力修正系数随船舶弗劳德数的修正曲线,指出兹万科夫水流阻力计算公式需根据实船试验结果进行适当修正。分析计算了澜沧江多种机动船型的消滩水力指标,检验了无因次消滩水力指标传统表达式的合理性,证明采用无因次项的抛物线描述消滩水力指标中流速、坡降的关系甚为恰当。基于因次分析原理,通过澜沧江多种机动船消滩水力指标的数值回归分析,建立了无因次消滩水力指标预估公式,该公式明显提高了消滩水力指标的计算效率。

关键词：消滩水力指标无因次功载比实船试验螺旋桨转速比修正函数机动船预估公式

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抛石沉降附加历时及其对漂距的影响分析

泥沙研究 2023年第6期48卷 74-80页

作者：许光祥楼金仙蒋孜伟童思陈重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 长江重庆航道局重庆400010

沉降附加历时是指抛石按实际变速沉降与以稳定沉速匀速沉降之间存在的历时差,目前还没有深入研究。基于抛石沉速和行程的理论方程式,引入沉降形阻系数、单径稳降历时和粒径水深比等参数,简化了抛石沉速和行程的理论公式结构,给出了沉降... 详细信息

沉降附加历时是指抛石按实际变速沉降与以稳定沉速匀速沉降之间存在的历时差,目前还没有深入研究。基于抛石沉速和行程的理论方程式,引入沉降形阻系数、单径稳降历时和粒径水深比等参数,简化了抛石沉速和行程的理论公式结构,给出了沉降总历时和附加历时的精确解及等同的近似解,建立了沉降附加历时无量纲关系式和平均沉速理论计算式。实例分析表明,沉降附加历时比随着粒径水深比呈线性增加。基于流速垂线均匀分布的漂移速度和漂距方程,建立了相对漂距与佛汝德数和粒径水深比的无量纲表达式。分析结果表明,当粒径水深比为0.01~0.05时,忽略附加历时可使漂距偏差达到5%~50%,当粒径水深比为0.1时,偏差甚至超过100%。

关键词：抛石沉速沉降附加历时稳前历时漂距