分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

假冬冬; 黑鹏飞; 邵学军; 张幸农

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分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

假冬冬, 黑鹏飞, 邵学军, 张幸农

文章导航 > 水科学进展 > 2014 > 25(1): 83-89

假冬冬, 黑鹏飞, 邵学军, 张幸农. 分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟[J]. 水科学进展, 2014, 25(1): 83-89.

引用本文:

假冬冬, 黑鹏飞, 邵学军, 张幸农. 分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟[J]. 水科学进展, 2014, 25(1): 83-89.

JIA Dongdong, HEI Pengfei, SHAO Xuejun, ZHANG Xingnong. Numerical simulation of bank erosion processes with composite materials and variations in flow structure[J]. Advances in Water Science, 2014, 25(1): 83-89.

Citation:

JIA Dongdong, HEI Pengfei, SHAO Xuejun, ZHANG Xingnong. Numerical simulation of bank erosion processes with composite materials and variations in flow structure[J]. Advances in Water Science, 2014, 25(1): 83-89.

分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

1.
南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029;
2.
中央民族大学生命与环境科学学院, 北京 100081;
3.
清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

基金项目: "十二五"国家科技支撑计划资助项目（2012BAB04B03）；国家自然科学基金资助项目（51109140）

详细信息

作者简介:
假冬冬（1982-），男，广西桂林人，博士，主要从事河流海岸动力学研究。E-mail：ddjia@nhri.cn

中图分类号: TV147

Numerical simulation of bank erosion processes with composite materials and variations in flow structure

1.
State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China;
2.
College of Life and Environmental Sciences, Minzu University of China, Beijing 100081, China;
3.
State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

Funds: The study is financially supported by the National Key Technologies R&D Program of China during the 12th Five-year Plan Period (No.2012BAB04B03) and the National Natural Science Foundation of China (No.51109140).

摘要: 非均质岸滩广泛分布于冲积河流中，其侧蚀过程沿垂向具有分层特点。基于全三维水沙模型及河岸侧蚀坍塌力学模式，提出动态网格跟踪技术，构建了非均质岸滩侧蚀沿垂向差异的三维动力学模拟方法。以连续弯道概化水槽为例，模拟分析了非均质河岸侧蚀过程中三维水流结构的响应特征。研究结果表明：坡脚冲刷后，底部主流向凹岸偏移，在已有弯道环流的基础上，于坡脚处出现一反向次生流；上部粘性土层坍塌后，崩塌土体堆积于坡脚处，上部主流明显左偏，下部次生流消失；随着坡脚堆积体的冲刷搬运，下部主流进一步向凹岸偏移；如此循环，主流不断向凹岸偏移，致使岸坡持续崩退、河道摆动。
- 非均质岸滩 /
- 侧蚀坍塌 /
- 水流结构 /
- 三维数值模拟
Abstract: Riverbanks with composite materials are commonly found on alluvial rivers. Lateral erosion processes of such banks are very different along the vertical direction. On the basis of three-dimensional (3-D) flow and sediment transport model and mechanisms of riverbank erosion, a 3-D numerical method was developed for simulating bank erosion processes with composite materials using the adaptive grid scheme. The 3-D numerical method is applied to a conceptual meandering channel, and to simulate the variation of 3-D flow structure as erosion of the bank progresses. Results show that the main flow migrates towards the concave bank after the erosion of bank toes, and then, a new secondary flow structure with reverse direction compared to the initial secondary flow structure is formed on the bank toe. The main flow migrates further towards the concave bank after the collapse of upper layers, and the new secondary flow structure on the bank toe disappears. Again, the main flow migrates towards the concave bank after the erosion of bank toes. Thus, the main flow migrates towards the concave bank step by step, resulting in a continue bank erosion and channel migration.
- riverbanks with composite materials /
- bank erosion processes /
- flow structures /
- 3-D numerical simulation

[1]	廖伟, 张维乐, 王文娥, 王坤, 巩朝, 王芳芳. 臂坡对堰槽组合设施紊流结构影响试验研究 . 水科学进展, 2023, 34(3): 465-479. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2023.03.013
[2]	李志威, 文杰, 陈帮, 鲁瀚友, 胡旭跃. 黑河下游颈口裁弯后河道三维水流结构研究 . 水科学进展, 2022, 33(2): 286-297. doi: 10.14042/j.cnki.33.1309.2022.02.012
[3]	张英豪, 赖锡军, 唐彩红. 单向明渠流与波浪作用下植被对水沙运动影响研究综述 . 水科学进展, 2021, 32(2): 309-319. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.02.016
[4]	假冬冬, 杨俊, 陈长英, 张幸农, 应强. 中国北方季节性冰冻河流岸滩崩塌数值模拟——以松花江为例 . 水科学进展, 2021, 32(5): 717-726. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.007
[5]	假冬冬, 陈长英, 张幸农, 应强. 典型窝崩三维数值模拟 . 水科学进展, 2020, 31(3): 385-393. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.008
[6]	谢亚光, 余明辉, 胡鹏, 刘玉娇, 陈小齐. 弯道凹岸不同部位崩塌体对近岸水流结构影响的试验研究 . 水科学进展, 2019, 30(5): 727-737. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.013
[7]	高祥宇, 高正荣, 卢中一. 海域岛隧结合区水流结构和沉管沉放过程水流力试验研究 . 水科学进展, 2019, 30(6): 854-862. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.06.009
[8]	陆彦, 周倪凯, 陆永军. 不同渗流强度对明渠水流结构影响的试验研究 . 水科学进展, 2018, 29(2): 230-235. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.010
[9]	假冬冬, 夏海峰, 陈长英, 张幸农. 岸滩侧蚀对航道条件影响的三维数值模拟——以长江中游太平口水道为例 . 水科学进展, 2017, 28(2): 223-230. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.02.007
[10]	罗永钦, 刁明军, 何大明, 白绍学. 高坝明流泄洪洞掺气减蚀三维数值模拟分析 . 水科学进展, 2012, 23(1): 110-116. doi: CNKI:32.1309.P.20120104.2014.011
[11]	假冬冬, 邵学军, 张幸农, 周建银. 三峡水库蓄水初期近坝区淤积形态成因初步分析 . 水科学进展, 2011, 22(4): 539-545.
[12]	韩龙喜, 陆东燕, 李洪晶, 张德敏, 张芃. 高盐度湖泊艾比湖风生流三维数值模拟 . 水科学进展, 2011, 22(1): 97-103.
[13]	刘稳, 诸葛亦斯, 欧阳丽, 余伟, 刘德富. 水动力学条件对鱼类生长影响的试验研究 . 水科学进展, 2009, 20(6): 812-817.
[14]	刘诚, 沈永明. 水生植物对水沙运动影响的三维湍流模型 . 水科学进展, 2008, 19(6): 851-856.
[15]	赖锡军, 曲卓杰, 周杰, 申满斌. 非结构网格上的三维浅水流动数值模型 . 水科学进展, 2006, 17(5): 693-699.
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[20]	谈广鸣, 秦文凯, 刘锐. 桥墩导流影响附近河床变形的实验研究 . 水科学进展, 1995, 6(3): 237-242.

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分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

1. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029;

2. 中央民族大学生命与环境科学学院, 北京 100081;

3. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

基金项目: "十二五"国家科技支撑计划资助项目（2012BAB04B03）；国家自然科学基金资助项目（51109140）

作者简介:
假冬冬（1982-），男，广西桂林人，博士，主要从事河流海岸动力学研究。E-mail：ddjia@nhri.cn

收稿日期: 2013-05-03
刊出日期: 2014-01-25

中图分类号: TV147

关键词:

摘要: 非均质岸滩广泛分布于冲积河流中，其侧蚀过程沿垂向具有分层特点。基于全三维水沙模型及河岸侧蚀坍塌力学模式，提出动态网格跟踪技术，构建了非均质岸滩侧蚀沿垂向差异的三维动力学模拟方法。以连续弯道概化水槽为例，模拟分析了非均质河岸侧蚀过程中三维水流结构的响应特征。研究结果表明：坡脚冲刷后，底部主流向凹岸偏移，在已有弯道环流的基础上，于坡脚处出现一反向次生流；上部粘性土层坍塌后，崩塌土体堆积于坡脚处，上部主流明显左偏，下部次生流消失；随着坡脚堆积体的冲刷搬运，下部主流进一步向凹岸偏移；如此循环，主流不断向凹岸偏移，致使岸坡持续崩退、河道摆动。

English Abstract

Numerical simulation of bank erosion processes with composite materials and variations in flow structure

1. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China;

2. College of Life and Environmental Sciences, Minzu University of China, Beijing 100081, China;

3. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

Received Date: 2013-05-03
Publish Date: 2014-01-25

Keywords:

Abstract: Riverbanks with composite materials are commonly found on alluvial rivers. Lateral erosion processes of such banks are very different along the vertical direction. On the basis of three-dimensional (3-D) flow and sediment transport model and mechanisms of riverbank erosion, a 3-D numerical method was developed for simulating bank erosion processes with composite materials using the adaptive grid scheme. The 3-D numerical method is applied to a conceptual meandering channel, and to simulate the variation of 3-D flow structure as erosion of the bank progresses. Results show that the main flow migrates towards the concave bank after the erosion of bank toes, and then, a new secondary flow structure with reverse direction compared to the initial secondary flow structure is formed on the bank toe. The main flow migrates further towards the concave bank after the collapse of upper layers, and the new secondary flow structure on the bank toe disappears. Again, the main flow migrates towards the concave bank after the erosion of bank toes. Thus, the main flow migrates towards the concave bank step by step, resulting in a continue bank erosion and channel migration.

假冬冬, 黑鹏飞, 邵学军, 张幸农. 分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟[J]. 水科学进展, 2014, 25(1): 83-89.

引用本文:

假冬冬, 黑鹏飞, 邵学军, 张幸农. 分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟[J]. 水科学进展, 2014, 25(1): 83-89.

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分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

作者简介: 假冬冬（1982-），男，广西桂林人，博士，主要从事河流海岸动力学研究。E-mail：ddjia@nhri.cn

Numerical simulation of bank erosion processes with composite materials and variations in flow structure

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分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

1. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029; 2. 中央民族大学生命与环境科学学院, 北京 100081; 3. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

作者简介: 假冬冬（1982-），男，广西桂林人，博士，主要从事河流海岸动力学研究。E-mail：ddjia@nhri.cn

English Abstract

Numerical simulation of bank erosion processes with composite materials and variations in flow structure

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作者简介:
假冬冬（1982-），男，广西桂林人，博士，主要从事河流海岸动力学研究。E-mail：ddjia@nhri.cn

1. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029;

2. 中央民族大学生命与环境科学学院, 北京 100081;

3. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

作者简介:
假冬冬（1982-），男，广西桂林人，博士，主要从事河流海岸动力学研究。E-mail：ddjia@nhri.cn