《珠江河口水沙数学模型》

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珠江是中国南方最大的河流,河口段河网纵横交错,共有八大入海口。河口水域水流散乱,泥沙落淤、浅滩发育,加上珠江三角洲地处经济热点地区,人类活动将对河床演变、河道泄洪等产生重大影响,造成珠江三角洲洪水位异常。只有正确认识和掌握了水沙运动的规律,才能制定科学的水利政策和减灾措施,减少工作的盲目性。建立河口的水沙数模,研究其水沙运动规律,了解河口演变趋势,分析工程整治效果,对客观、科学、系统地认识珠江河口,综合治理珠江河口,促进珠江三角洲经济的可持续发展有着十分重要的意义。珠江河口水沙数学模型,范围包括珠江三角洲网河区及珠江八大口门海域,海域范围达7500km2,其研究范围之大是其它河口无法比拟的;该模型通过一、二维联接计算,将河网和河口海域作为一个整体进行研究,反映了八个口门内在的必然联系,克服了小模型在某些方面的局限性,从而填补了珠江口整体数学模型研究的空白;该模型一维用四点加权隐格式离散方程,二维采用守恒性较好的控制体积法离散水流和泥沙统一的偏微分方程,同时模型采用了正交曲线网格,能更为准确地模拟复杂地形、岛屿众多海域的水沙运动情势,还采用了紊流模型的标准SIMPLEC计算程序;该模型通过多测次、多测点的水位、流速、含沙量的验证,以及河床变形的验证,模型可较好地模拟伶仃洋海区水沙时空分布、涨落潮流态,并能基本反映河床演变规律;该模型流态模拟良好,流速在平面上分布合理,收敛快,节省计算时间,模型具有对复杂河床适应性强和计算稳定的特点,特别适用于边界变化复杂、水陆交错的河口计算域。在该模型的研究过程中,还进行了前后处理软件的开发:1、采用先进的Kriging方法,对离散的空间高程数据进行内插或外推;2、开发了计算网格高程自动生成的软件,解决了数值分析过程中需要的大量的初始信息;3、开发了可视化软件,可直观、生动、形象地显示计算的结果,减小验证调试的盲目性和增加水流和泥沙计算成果的的可信性;该数学模型曾应用于伶仃洋大桥修建的论证工作中,客观地评价伶仃洋大桥建设对水利环境的影响。该数学模型曾移植于广州水道的研究,实践证明此模型便于移植和后续开发。

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