黄河上游大柳树河段三维泥沙运移及水温数值模拟研究

本项目以黄河上游大柳树河段的水流运动、泥沙运移、水温分布和大柳树水利枢纽建成运行后对坝下游宁蒙河段的河床冲淤及凌汛的影响为研究对象，借鉴国内外最新研究成果，建立适合于黄河上游大柳树河段特点的平面二维、三维紊流泥沙及水温数学模型，对大柳树水利枢纽建成前后库区黑山峡河段的水流运动、河床变形、泥沙运移及水温分布进行三维数值模拟，并对水利枢纽投入运行后若干年内坝下游宁蒙河段的河床冲淤及凌汛的变化情况进行平面二维数值模拟。重点研究适合大柳树河段水流运动、泥沙运移、河床变形和水温分布的三维数学模型控制方程中有关参数的率定、边界条件的确定和求解该三维模型的高效数值计算方法. 数值模拟结果可为大柳树水库的合理运行、减少水库淤积、维持黄河宁蒙河段的输沙能力及对宁蒙河段的防凌提供可靠的理论依据，不仅具有重要的科学意义，也具有明显的工程应用价值.

本项目组全体成员严格按照基金委批准的《资助项目计划书》，认真开展科学研究，按时提交研究进展报告；通过三年的研究，已经完成了各项研究工作，基本实现了预期研究目标。该项目取得的研究成果不仅具有理论意义，而且还具有一定的工程应用和推广价值。.　　针对黄河宁夏大柳树河段连续弯道的特点，在长河段模拟中采用平面二维水沙数学模型，其中水流模块采用RNG k-ε紊流模型，为了反映弯道离心力的影响，对其进行了修正；泥沙模块采用全沙模型，对床沙按粒径进行分组, 同时考虑了各粒径组悬移质和推移质的运移及其引起的河床变形，并考虑了床沙级配的调整变化；对比了各家计算泥沙沉速、水流挟沙力、推移质输沙率的公式，得到了适合于所研究河段的计算公式；设计了确定各子河段糙率值的自适应算法，可以提高模拟结果精度并有效地减少试算糙率的计算工作量；建立了水流模块和泥沙模块的半耦合算法，可以节约计算工作量并保持一定的计算精度。在局部河段水沙运移、水温分布的数值模拟中，采用了三维可实现k-ε紊流模型并对其中的一些关键参数进行了改进。.　　本项目将所建立的数学模型及数值模拟方法应用于大柳树河段水流运动、河床变形和水温分布中，得到了一些可供工程部门借鉴的重要结论。为了使数值模拟结果更加可靠，项目组采用先进仪器，先后赴大柳树河段进行了三次实地测试，对该河段的三维流速、流量、河床、泥沙等进行了较为精确的测量，取得了许多宝贵资料。.在本项目的资助和带动下，项目组成员还积极开展了一系列的学术交流活动，增长了知识，培养了能力，锻炼了队伍；同时该项目的研究过程对研究生培养起到了很大的促进作用。