Karst地区明渠伏流交替河道水动力学模型及应用

作者：李松萍; 陶铭; 金中武; 胡德超^*

来源：长江科学院院报, 2021, 38(03): 9-15.

• 明渠
• 伏流
• 混合流
• 水动力学模型
• Karst地区
• 夹岩水库

基于圣维南方程组,根据测压管水头在明渠、承压水流中具有相同的表达形式,实现了自由水面水流、承压水流的统一描述。提出采用三角形子断面法描述伏流非规则封闭断面,进而建立了适用于真实Karst地区明渠伏流交替河道的统一型混合流模型。采用半隐方法离散压力梯度项,使用欧拉-拉格朗日法求解对流项,并使用预测-校正法实现了枝状、环状河网各支汊的耦合求解。以夹岩水库工程为背景,采用2000年水文过程对模型进行了测试,结果表明流量计算误差在1.6%以内。进一步研究了明渠伏流交替河道纵向沿程的流速变化规律以及伏流河段前布置人工隧洞的分流规律。在入流洪峰流量、坝前正常蓄水位的水流条件下,明渠段流速一般在0.25 m/s以下,相比之下,伏流段流速可达1.0～3.0 m/s,有利于伏流过流通道的保持。通过1971—1990年水文过程的模拟,得出大中天桥伏流前的人工隧洞的分流比为40.3%～42.8%,小天桥伏流前的人工隧洞的分流比为76.8%～78.6%。研究成果可为工程建设提供设计依据和技术支撑,具有重要的工程应用价值。

• 单位
  华中科技大学; 长江科学院河流研究所