感潮河道三维水流泥沙数值模型研究与应用

【摘要】： 本文采用非交错曲线网格二、三维水流泥沙数值模型研究感潮河道水流泥沙问题，主要内容有： (1)综述水流泥沙数值模型的发展概况，及其工程应用。 (2)从挟沙水流两相流运动方程导出三维挟沙水流运动方程，论述各种紊流模型。 (3)以Poission方程变换为基础，建立拟合曲线坐标系下非正交和正交曲线网格生成方法。 (4)二维水流泥沙数值模型，采用非交错网格布置，所有计算变量采用同一控制体。由Rhie和Chow动量插值思路导出控制体交界面流速公式。选取曲线坐标系下逆变速度通量分量为独立变量，由水位校正法求解水位流速耦合问题。二维悬沙和底沙运移采用不平衡输沙模式，分析输沙方程的源项处理以及非均匀沙分组挟沙能力和床沙级配调整。 (5)二维水流泥沙数值模型采用S型弯道水流运动计算验证，结果和实测资料基本吻合。西气东输过江工程，采用该模型模拟南京西坝～泗源沟河段不同流量水流运动，并计算一水文年过程该河段的河床冲淤变化，结果和实测资料也基本一致。 (6)非交错曲线网格三维水流泥沙数值模型，采用拟合曲线坐标和垂向σ坐标变换。水流运动方程压力项分解为静水压力和动水压力，紊动粘性系数由K～ε紊流模型求解，非交错网格减化方程离散，降低插值运算。动量插值计算交界面流速，避免压力波动，由压力校正法求解压力—速度耦合问题。不平衡输沙方程离散后直接迭代求解。并建立底部切应力和泥沙床面交换计算方法。 (7)三维水流泥沙数值模型也采用S型弯道三维水流运动、床面泥沙单纯冲刷上扬和单纯淤积水槽的试验实测资料进行验证，结果合理、有效。 (8)天然三维水流泥沙简化数值模型，成功地模拟南京某河段水流运动和多分汊河道水沙计算，结果可靠并满足精度。