第１７卷第２期２００６年３月水科学进展ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＷＡＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥＶ０１．１７。Ｎｏ．２Ｍａｒ．，２００６
洞庭湖泥沙淤积数值模拟模式
施勇１，栾震宇２，胡四一２
（１．河海大学，江苏南京２１００９８；２．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９）
摘要：在确保沙量守恒的非恒定流、非均匀沙的二维水沙数学模型的基础上，通过洞庭湖水沙输运和河床变形计算
实践，比较了两种冲泻质与床沙质的转化模式，提出了包括冲泻质在内的泥沙淤积模式和水沙动边界计算模式。从
洞庭湖泥沙输运和河床变形计算的结果看，洞庭湖泥沙淤积数值模式具有较好的稳定性和较高的模拟精度，说明
所建湖泊泥沙模型的良好性能和具有推广运用的前景。
关键词：无结构网格；有限控制体积法；泥沙输运；淤积模式
中图分类号：Ｐ７３２文献标识码：Ａ文章编号：１００１．６７９１（２００６）０２．０２４６．０６
洞庭湖湖泊面积２６９０ｋｍ２，容积１７４亿ｍ３，包括东洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖。洞庭湖是一个洪道型湖泊，南洞庭湖北边有黄土包河、南边有深沟，东洞庭湖内的若干洪道见图１和图２（图２中加密网格的部分为洪道）。在枯季湖泊露滩，水流归槽，水位比降较大，流速较快，河床冲刷，洪季洪水漫滩，水位比降平缓，流速缓慢，入洞庭湖的大量泥沙淤积。针对洪道型洞庭湖湖泊特点，形成大小不一的网格单元（图２）。
将湖泊划分为６３６个单元，７１．４个节点，其中对湖泊中的洪道进行了网格加密。单元面积最大为８５４０ｍ２，最小为１１９７ｍ２，平均面积为４８８９ｍ２；单元网格最大边长为３７８ｍ，最小仅为２８ｍ。网格布置如图２所示。
图１洞庭湖水下地形概况Ｆｉｇ．１ＳｕｂｍａｒｉｎｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｏｆＤｏｎｇｔｉｎｇ
ｌａｋｅ图２洞庭湖网格单元剖分图
Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｓｅｔ—ｕｐｏｆＤｏｎｇｔｉｎｇｌａｋｅ
洞庭湖泊水沙运动的主要特征：在长江洪水到来之前，湖泊水沙归入湖泊中的洪道，洪道泥沙冲刷；长江洪水时，洪水漫滩，大量泥沙落淤，如在１９８１年汛期南嘴站的最大含沙量４ｋｇ／ｍ３，与此相应的湖泊出口七里山站的含沙量只有０．２ｋｇ／ｍ３，显然，汇入湖泊的大量泥沙淤积在湖泊中。
数值模拟实践表明，洞庭湖复杂的水沙运动特征给水沙数值模拟带来了一系列的困难，主要表现为：①水沙的动边界计算，枯季时水沙计算主要集中在湖泊洪道中，湖泊的水沙二维计算实际上是湖泊洪道的二维水沙计算，洪季时，洪水漫滩，需要研究滩槽动边界的水沙交换和滩地泥沙输运和泥沙淤积问题；②冲泻质与
收稿日期：２００４—０９．０２；修订日期－２００５．０５．１０
基金项目：国家自然科学基金重大项目（５００９９６２０）；国家自然科学基金委员会和水利部长江水利委员会共同资助
作者简介：施勇（１９６４一），男，江苏南通人，南京水利科学研究院教授级高级工程师，主要从事河流动力学和海洋动力学研究。
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