长江科学院-获奖成果详情长江委青年科学技术奖

获奖名称: 水库下游鹅头分汊河道演变时空差异性模拟与应用

获奖等级: 二等奖

获奖类别: 长江委青年科学技术奖

授奖单位: 长江水利委员会

完成单位: 长江水利委员会长江科学院

获奖年度: 2020

获奖人员: 刘亚、汪飞、刘心愿、陈丽、陈栋

成果简介:主要内容：由于流域环境及形成历史的不同，世界上不存在两条一模一样的河流。同样，由于河床边界及水沙条件、甚至人类活动的影响，一条河流中也不可能存在两个完全相同的河段；对于同一个河段，在上下游河势、水沙条件变化影响下，其不同的演变进程中也存在着变形幅度、变形范围等的差异。本项目围绕水库下游鹅头分汊河道演变的时空差异性，开展了模拟及整治实践研究，主要内容如下：①对多目标优化算法在水库调度中的应用效果进行了分析比较，并建立了考虑泄水设施运用的三峡水库优化调度模型，减少了水库调度理论值和实际值的偏差，为水库下游分汊河道演变的模拟提供了上边界条件。②对不可压缩流体数值模拟两种常用的SIMPLE算法及SIMPLER算法进行了改进，并运用误差分析方法阐述了算法改进的有效性。此算法直接应用于水库下游鹅头分汊河道演变的模拟。③以实测资料分析为主，结合实体模型试验，揭示了鹅头分汊河道演变的时空差异特性，阐明了产生此差异的主要原因，提出了衡量节点挑流作用强弱的指标。并采用改进的数值模拟算法，概化模拟了不同曲率汊道的河床冲淤特性，据此提出了鹅头分汊河道整治的目标河型。④发明了一种加强型消能滞淤块体护坡结构，克服了传统护坡结构在鹅头型汊道洲滩宽广、凹岸岸坡陡峻适应性方面的不足。特点：项目针对三峡水库下游河道广泛分布的鹅头型汊道的演变模拟及整治实践问题，从水库洪水优化调度、数值模拟算法改进、河道演变模拟及航道整治实践的角度开展了相关研究，主要特点包含：①从上边界条件选取、数值算法两方面对水库下游分汊型河道的数值模拟进行了改进完善，提高了模拟精度与效率。②以河道演变差异性为线索分析研究了不同分汊河道之间的差异特征（空间差异），以及同一个弯曲汊道在其演变进程中随时间表现出的差异性（时间差异），并探讨了造成此类差异的主要因素及内在机理。首次提出了衡量节点挑流作用强弱的指标，据此提出了鹅头分汊河道航道整治的目标河型。③发明的加强型消能滞淤块体护坡结构，能更好地适应克鹅头型汊道洲滩宽广、凹岸岸坡陡峻等特点。应用推广情况：改进的不可压缩流体数值模拟算法，在堤坝溃决洪水、防洪保护区洪水演进模拟方面得到了应用，较好的适应了河床变形剧烈、模拟范围宽广等特性；提出的鹅头分汊河道航道整治目标河型，应用于长江中下游陆溪口河段、罗湖洲河段、黑沙洲河段等典型鹅头型汊道航道整治工程的可行性研究及初步设计，节省了工程投资，改善了航行条件，取得了良好效果。