黄河河道实体模拟若干设计理论及其应用

【摘要】：在河流工程问题尤其在河床演变这类过程复杂、三维性突出的问题研究中,实体模型试验是一项重要的科学研究方法之一。对于黄河这类水流含沙量高且水沙搭配关系不合理、河床冲淤剧烈且堆积性强、河势调整迅速且摆动幅度大的河流,其演变过程有着更为突出的复杂性和特殊性,由此,也就决定了在一些重大、复杂的河流治理问题研究中,往往需要采取结合实体模型试验或以实体模型试验为主的综合研究手段。因此,针对黄河河道实体模型试验中存在的若干模拟理论与技术进行攻关,对于实现我国大江大河尤其诸如黄河等多泥沙河流治理的现代化,提高江河治理的科技水平有着很大的实践意义,同时,这也是促进我国水科学研究实验领域发展的重要课题。 本论文利用理论分析、数值计算、实体模型试验验证和应用检验的手段,基于河床演变学、河流地貌学、水动力学及相似法则的理论,针对黄河实体模型试验中常遇到的一些试验方法与技术问题进行研究,并将提出的设计理论和方法在黄河河道治理的模型试验中得到了应用检验,不仅证明了这些方法的合理性,同时,在河道整治理论和规律方面也取得了不少认识,为黄河下游河道治理的工程实践提供了很有价值的参考依据。论文的主要创新内容包括根据河流地貌系统理论及实体模型相似理论,提出了用于河型变化段的河工动床模型“分段设计,过渡处理”的设计方法;基于能量守恒原理和水动力学方法,探讨了多泥沙河流河工动床模型“人工转折”设计的原理、原则和方法,并给出了黄河下游河道弯曲性窄河段河工动床模型的设计实例;依据河床演变学的原理,结合数值模拟的方法,提出了“松驰边界”试验方法。 本论文提出的河型变化段河工动床模型设计方法、“人工转折”模型设计方法及“松驰边界”试验技术已得到成功应用;得出的有关黄河下游河道治理的研究成果已在黄河治理实践中被采纳。