平面二维溃堤水流泥沙数值模拟-水科学进展.PDF

第 卷 第 期 水 科 学 进 展 , 年 月 , 一 一 一 文 章编 号 一 平 面 二 维溃堤水流 泥 沙数值模拟 余 明辉 , 张小峰 武汉 大学 水利水 电学 院工程 泥沙 实验室 , 湖北 武汉 摘要 基 于一 阶迎风格式平 面二 维河 道 溃 口 水 流模 拟 , 建立 了非均 匀沙模 型 并用 于 模拟 平 面 二 维溃堤 水流泥 沙及河床变形 。 给 出 了实 际算例 , 证 明该模型 计算速度快 , 精度 高 , 符 合水 流 泥 沙运 动基本规律 。 关 键 词 水流 溃堤 冲刷 数值模拟 中 图分 类 号 文 献标识 码 洪水期 堤 防可 能溃 决并 导致 溃 口 下游泛滥成 灾 , 堤 身破坏形成溃 口后 , 口 门将 随 时 间不 断 展 宽 , 口 门附近 的河床也将不 断刷深 , 形成冲刷坑 , 冲刷坑 不 断扩大将影 响堤脚 的安全 , 导致 更大 范 围堤 防 的溃决 。 因此 , 准 确预测 溃 口后洪水行进 过程及 溃 口 下游河床 冲刷程度 等 因素对 防洪抢 险措施 的决策实施 具有指 导意义 。 导致堤 防溃决 的方式有 多种 , 主要 的类 型有 渗流破 坏 、 管涌发展 到一定程度 导致堤 身塌 陷后堤顶越 流 而破 坏 、 洪水位 超 高导致 堤 顶 过 流破坏 等 。 除渗流破坏及 管涌发展 以外 , 其 它几种 的水流运动均 为 明流 , 且水 流结构 比较 复杂 , 缓流 急流 同时存在 。 由于 问题 的复杂性 , 到 目前 为止 , 有关堤 身破坏形 成溃 口后 , 口 门展 宽及 口 门附近 的冲刷坑 发展过程 的数值模 拟等方面 的研 究成果 还 很 少 见 。 计 算溃堤后 口 门附近 的水 流运 动 , 要求数值格 式 既有 相 当的数值稳 定性 , 又要有 足够 的数值计算精度 。 口 门附近 的水 流泥沙 变化 剧烈 , 河床 变形 复杂 , 准确 的数值模拟较 困难 。 文基 于文献 对 平面 二维河道 溃 口 水 流 精 确模 拟 的基 础 上 , 建立 了非恒 定 、 非均 匀沙 本 【 〕 不平衡悬移质泥沙数学模 型用 于模拟平 面二维溃堤水 流泥沙及河床变形 。 基本方程 平 面 二 维水 流 基本 方程 平 面 二维水 流基本 方程包括水 流连续方程 和水 流运 动方程 刁 日 又一 二丁 下丁一 一 一 一 收 稿 日期 仪刃 修订 日期 以刃一 基 金项 目 国家 自然科 学基金重 大研究项 目 一 作者 简介 余 明辉 , 女