收稿日期:2010-03-19作者简介:黄 卡(1980-),男,广西都安人,硕士,主要从事水利水电工程水文气象及水能设计,E-mail:huangk@gxed com 。
SM S 模型在长洲水利枢纽下游水流模拟中的应用研究黄 卡(广西电力工业勘察设计研究院,广西 南宁 530023)摘 要:文章以SM S 模型为基础,针对我国流域特点,以长洲水利枢纽下游河段为例进行数值模拟研究,为建设项目河段水流形态的研究探索可行的有效的新途径。
关键词:SM S 模型;数值模拟;流速分布;长洲水利枢纽中图分类号:T M 131 3 文献标识码:A 文章编号:1001-408X(2010)03-0024-051 引言建设项目河段水流形态的数值模拟问题在国外的研究可追溯到上世纪初叶,目前河段水流形态的数值模拟处于模型开发与模型应用并举的时期,已经有一些相对成熟的模型和计算方法。
国外较为成熟的如丹麦水资源及水环境研究所(DH I)研发的M IKE 21&M IKE 3FM 非结构网格模型和美国陆军工程兵团河道试验站的Norton 、King 和Orlob 开发的RMA2模型。
我国关于河段水流形态的数值模拟研究起步较晚,但是,大规模的水利水电建设工程的实施后,在该领域的研究也得到了较快发展,目前属于模型研究及模型探索性应用阶段,尚未有同一的算法及模型。
例如长江科学院董耀华基于河势概念和Herm ite 三次插值函数,提出了河势贴体河道平面二维正交四边形网格的生成方法,然后运用SIM PLER 算法求解边界层坐标系下水深平均流体力学控制方程,从而建立了河道平面二维数学模型,并将模型运用于葛洲坝枢纽至磨盘溪河段二维网格生成及水流数学模型的实例研究。
笔者利用SM S (Surface-WaterModeling System)模型,采用三角形六结点和四边形八结点相结合的网格对长洲水利枢纽下游河段进行了数值模拟研究,以弄清流场的时空变化规律,为建设项目河段水流形态的研究探索一条新的途径。
1概述为使淮河中下游主要防洪保护区和重要城市防洪标准提高到100年一遇，自上世纪80年代以来，淮河干流陆续实施了一系列堤防退建和河道拓宽工程，以扩大河道的泄洪能力。
自1983~2009年，方邱湖上下游河段自上而下实施了宋家滩疏浚扩挖、小蚌埠退堤切滩、吴家渡至方邱湖进口疏浚退堤、方邱湖进口至临北进口疏浚退堤、方邱湖行洪区姚湾段退堤以及临北缕堤梅家园段退建等一系列整治工程。
整治工程实施后，大多经历了2003、2007年两场洪水的检验。
本文通过建立二维水动力学数学模型，模拟河道各级别洪水的行洪过程，分别对整治工程实施前后河道沿程水位、比降、流速分布及流态等水力参数进行计算和对比分析，来评价整治工程的实施效果。
模型采用美国Brigham 大学环境模型研究实验室研发的SM S(Surface-water M odeling System)软件建模，利用该软件中TABS-M D 模块的RM A2模型进行模拟计算。
模型研究范围上至蚌埠闸，下至临淮关，全长38.7km ，并以蚌埠圈堤、淮北大堤及行洪区缕堤为模型横向边界。
本河段无大的支流入汇，平滩流量约为2000～3600m 3/s ，相应的水位为17m 。
沿程分布有方邱湖、临北段两个行洪区。
本河段河型复杂，且深泓纵剖面变化剧烈，纵剖面的急剧变化导致水流更加紊乱，河道形状阻力加大。
淮河干流方邱湖河段平面图见图1。
2模型的建立由于方邱湖与临北段行洪区自上世纪60年代后在历次洪水中都未启用，且新规划拟将两行洪区调整为一般堤防保护区[1]，故模型未考虑两行洪区参与行洪。
模型整治前的地形采用1992年实测地形数据，整治后的地形采用2008年实测地形数据及部分整治工程实施后的断面地形资料。
本河段沿程分布有蚌埠闸下、吴家渡、临淮关等水位测站，满足数学模型验证的需要。
2.1模型的控制方程考虑研究河段水平尺度远大于垂直尺度，模型忽略流速等水力参数沿垂线方向的变化，并假定沿水深方向的动水压强分布符合静水压强的分布规律，且暂不考虑科氏力和风应力等次要因素的影响。
