黄河内蒙河段河流数值模拟研究任务书.doc

黄河内蒙河段河流数值模拟研究毕业设计任务书华北水利水电学院“水力学及河流动力学”省级重点学科点 “水力学及河流动力学”研究室2013年1月12日1 问题的提出及研究意义20世纪80年代以后，流域降水量减少、天然径流量偏枯，加之饮水和水库调节等因素，黄河上游冲积性河道均出现淤积严重、河道萎缩、排洪能力下降、防洪形势紧张等局面。近期宁蒙河道问题逐渐突出，多次出现凌汛期小流量时地方发生险情，引起各方的重视，都迫切需要以宁蒙河道演变规律的科学认识为指导。由于上游观测工作比较薄弱、基本资料比较欠缺，导致对宁蒙河道的研究开展比较晚，缺乏对宁蒙河道演变规律完整、系统的认识。 从河道防洪工程看：黄河宁蒙河段的平原河道属于河势多变河段，由于黄河两岸防洪工程薄弱，堤防和河道整治工程实际标准低，防洪工程体系不完善，发生多次洪、凌灾害，造成了严重的经济损失。上世纪五、六十年代，在宁蒙河段开展了堤防建设，以后再没有进行大规模的防洪工程建设，尤其是刘家峡、龙羊峡水库相继建成后，改变了宁蒙河段的水沙过程，原来冲淤基本平衡的河段转变为持续性淤积，河床不断淤积抬高，使该河段的主流摆动加剧，塌岸、塌村、塌堤等险情频繁出现。由于近年来积抬高较快，河势变化加剧带来的主流冲刷，加上长时期洪水冲击、风蚀和某些堤段在建设时就未达到设计标准，致使现状防洪堤防大部分堤段达不到设计标准，堤防高度不足、断面偏小。由于该河段河道整治工程少，主流摆动频繁，中常洪水严重威胁堤防安全，经常形成“横河”和“斜河”，主流直冲堤防，有可能造成中常洪水冲决大堤。为了保障防洪安全和重要灌区正常引水，必须统一规划河道整治工程。另外该河段穿堤建筑物多且标准低，已成为防洪安全的重大隐患。同时在堤防上还存在许多小缺口，已成为防洪安全的重大隐患。其次从维持河流的健康生命看：大型水利水电工程刘家峡和龙羊峡水库相继投入运用后，大规模调节水量及径流过程，破坏了内蒙河段长期形成的动态平衡状态，它既改变了天然径流的年内分配和年际间变化特点，又通过削峰蓄洪，改变了内蒙河段的洪水特性和造床能力，加上沿黄引水的增加，内蒙河段来水量减少、特别是汛期水量减少、汛期洪峰流量锐减导致水沙关系不协调使内蒙河段淤积加重，主槽淤积萎缩，过流能力锐减。平滩流量已由天然情况下35004500m3/s降至2000m3/s左右，目前部分河段平滩流量不足1000m3/s。随着河道淤积萎缩的发展，中小流量相应水位明显抬高，河槽宽浅散乱，摆动加剧，排洪能力下降，严重威胁防洪防凌安全。龙羊峡水库建成后已出现了5次凌汛决口和1次汛期决口。虽然两库都拦蓄了上游部分泥沙，但大量的支流（如祖厉河、清水河、十大孔兑等）泥沙却未得到控制，尤其是十大孔兑的影响十分严重，2003年内蒙古河段大河湾由于孔兑来沙淤堵干流主槽，造成流量1000m3/s时堤防发生决口。近年来，该河段来水量尤其是汛期水量仍不断减少，如果不采取有效措施，内蒙河段河槽萎缩的局面不会改变，甚至还会继续恶化。因此，需要分析上游主要大型水库的运用对内蒙河段水沙影响，了解这种影响的程度和范围；分析研究水库运用引起内蒙河道河床演变的原因，探索恢复内蒙河段主槽过流能力的治理措施；需要根据该河段河床冲淤演变趋势，对河道整治工程的合理布设进行整体规划，需要对工程整治效果进行科学评估。研究这一课题，有助于协调水库运用和河流自身发展的关系，维持宁蒙河段的可持续发展。从理论角度看，如何使内蒙河段处于良性循环状态，实质上是涉及到如何协调人类开发建设与自然环境间关系的更广义、更一般性的问题。选择典型河段进行数值模拟试验，通过数值模拟试验手段，开展宁蒙黄河河道整治和防洪研究是十分必要的。2 课题概况与研究技术路线野外观测资料分析是探索黄河泥沙淤积及河势变化规律的基础；河工动床模型试验是研究复杂的水沙运动及检验河道整治方案的可靠方法；而数学模型是进行长系列水沙过程预测模拟和开展多种方案比较的有力工具。课题研究加强理论与实践相结合，以河流动力学、河床演变理论为基础，通过实测资料分析、河工模型试验、数学模拟计算等手段，三者相互补充、相互印证，提高课题的研究水平；为黄河内蒙河段防洪工程的设计和建设提供技术依据。河流数值模拟试验研究：选取黄河内蒙三湖河口昭君坟典型河段进行模型试验研究，该河段是内蒙河段典型的过渡型河段，从河道平面变化和河相关系上研究中小洪水和大洪水过程对试验河段河势演变的影响，并提出该河段有利的河势状况；研究干流不同洪水过程和高含沙支流交汇时的河床演变。通过试验得到河势演变的规律，为内蒙河段河道整治提出建议。研究工作流程如图1所示：确定课题研究目标，收集相关资料，编写研究工作大纲资料整理、分析，建立数学模型，模型验证数据不同工况模拟计算模拟成果分析完成研究报告成果整理图1 研究工作流程图3 毕业设计基本资料1黄河内蒙河段地形图，河床大断面图。2黄河内蒙河段各主要水文站的逐日水沙资料，历史洪水调查资料。3内蒙河段河道基本情况介绍及水沙资料分析4 要求完成的成果1、毕业设计书（试验报告论文）一份（毕业设计书组成内容的要求详见华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）实施细则）2、模拟计算成果图若干张3、成果分析图若干张5 毕业设计工作安排1. 资料收集： 10天2. 模型建立： 25天3. 模型试验及资料整理：30天4. 成果分析、撰写报告：20天5. 准备答辩： 5天6 工作基础6.1 师资条件华北水利水电学院“水力学及河流动力学”是河南省省级重点学科。学科有较强的科研队伍。河流模拟问题是我们的主要研究方向之一。现有从事河流数值模型研究的科研