连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

周刚; 姚仕明; 秦翠翠; 贾鹏

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

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连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

周刚, 姚仕明, 秦翠翠, 贾鹏

文章导航 > 水科学进展 > 2016 > 27(2): 266-279

周刚, 姚仕明, 秦翠翠, 贾鹏. 连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 266-279. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

引用本文:

周刚, 姚仕明, 秦翠翠, 贾鹏. 连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 266-279. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

ZHOU Gang, YAO Shiming, QIN Cuicui, JIA Peng. Comparative evaluation of secondary flow correction methods for consecutive bend flow simulation[J]. Advances in Water Science, 2016, 27(2): 266-279. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

Citation:

ZHOU Gang, YAO Shiming, QIN Cuicui, JIA Peng. Comparative evaluation of secondary flow correction methods for consecutive bend flow simulation[J]. Advances in Water Science, 2016, 27(2): 266-279. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

1.
中国环境科学研究院国家环境保护河口与海岸带环境重点实验室, 北京 100012;
2.
长江科学院水利部江湖治理与防洪重点实验室, 湖北武汉 430010;
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;
4.
环境保护部环境工程评估中心国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室, 北京 100012

基金项目: 长江科学院开放研究基金资助项目(CKWV2012303/KY);国家自然科学基金资助项目(51109194)

详细信息

作者简介:
周刚(1980-),男,山东莱芜人,副研究员,主要从事水力学及河流动力学、水环境模拟及污染物总量控制研究。E-mail:zhougang@craes.org.cn

中图分类号: TV143

Comparative evaluation of secondary flow correction methods for consecutive bend flow simulation

1.
State Environmental Protection Key Laboratory of Estuarine and Coastal Environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;
2.
Key Laboratory of River-Lake Harnessing and Flood Control of Ministry of Water Resources, Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China;
3.
State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
4.
State Environmental Protection Key Laboratory of Numerical Modeling for Environment Impact Assessment, Appraisal Center for Environment and Engineering, Beijing 100012, China

摘要: 为了选择适用于复杂连续弯道的二次流修正方法,选取了线性方法中两种典型的计算模式,通过在正交曲线坐标系二维浅水动量方程中增加扩散应力项开发了考虑二次流影响的平面二维水流模型。基于不同复杂度的4个连续弯道试验的水位和流速分布资料,通过理论分析和数值试验对比定量评估了传统二维模型和两种二次流修正方法在连续弯道水流模拟中的效果。测试结果表明,Delft3D模型的二次流修正方法自由度较高,适用于不同复杂度的连续弯道水流模拟,而Lien模型二次流修正方法适用于微弯或中弯,应用于中弯时需要慎重选用,不适用于急弯连续弯道模拟。两种方法比较,建议连续弯道水流模拟中优选Delft3D模型的二次流修正方法。
- 二次流 /
- 扩散应力 /
- 连续弯道 /
- 二维模型 /
- 急弯
Abstract: Secondary flow has a substantial influence on water flow, mass transportation and riverbed evolution. However, conventional 2-D depth-averaged models usually ignore the influence of secondary flow. Furthermore, the suitability of existing secondary flow correction models is debatable. To select a secondary flow correction method that can be applied to complex consecutive bends, two typical linear model calculation schemes, the Delft3D and Lien methods, are evaluated. The influence of secondary flow is considered in the 2-D depth-averaged models proposed in this paper by calculating the dispersion stresses added to the 2-D shallow water momentum equations in orthogonal curvilinear coordinates. Four unique consecutive curved flume experiments were chosen to evaluate the simulation effects. The evaluations compared the simulated water levels and velocity distributions for a conventional 2-D model and two kinds of secondary flow correction methods. Analysis of the simulation results demonstrates that the performance of the Delft3D secondary flow correction method is the better of the two methods tested. The method has higher degrees of freedom and is suitable for different complexity levels of consecutive bend simulations. While Lien's secondary flow correction method is not suitable for sharp consecutive bend flow simulations, it can be used effectively to simulate weak or moderate bends, however, care should be taken for consecutive bends of moderate curvature. Therefore, comparison of the two methods shows that the Delft3D modeling method is the better choice for simulating flow in consecutive bends.
- secondary flow /
- dispersion stresses /
- consecutive bends /
- 2-D model /
- sharp bends

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[4]	陈子燊, 高时友, 李鸿皓. 基于二次重现期的城市两级排涝标准衔接的设计暴雨 . 水科学进展, 2017, 28(3): 382-389. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.008
[5]	陈文龙, 宋利祥, 邢领航, 张文明, 周建中. 一维-二维耦合的防洪保护区洪水演进数学模型 . 水科学进展, 2014, 25(6): 848-855.
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连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

1. 中国环境科学研究院国家环境保护河口与海岸带环境重点实验室, 北京 100012;

2. 长江科学院水利部江湖治理与防洪重点实验室, 湖北武汉 430010;

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;

4. 环境保护部环境工程评估中心国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室, 北京 100012

基金项目: 长江科学院开放研究基金资助项目(CKWV2012303/KY);国家自然科学基金资助项目(51109194)

作者简介:
周刚(1980-),男,山东莱芜人,副研究员,主要从事水力学及河流动力学、水环境模拟及污染物总量控制研究。E-mail:zhougang@craes.org.cn

收稿日期: 2015-07-28
刊出日期: 2016-03-25

中图分类号: TV143

关键词:

二次流 /

摘要: 为了选择适用于复杂连续弯道的二次流修正方法,选取了线性方法中两种典型的计算模式,通过在正交曲线坐标系二维浅水动量方程中增加扩散应力项开发了考虑二次流影响的平面二维水流模型。基于不同复杂度的4个连续弯道试验的水位和流速分布资料,通过理论分析和数值试验对比定量评估了传统二维模型和两种二次流修正方法在连续弯道水流模拟中的效果。测试结果表明,Delft3D模型的二次流修正方法自由度较高,适用于不同复杂度的连续弯道水流模拟,而Lien模型二次流修正方法适用于微弯或中弯,应用于中弯时需要慎重选用,不适用于急弯连续弯道模拟。两种方法比较,建议连续弯道水流模拟中优选Delft3D模型的二次流修正方法。

English Abstract

Comparative evaluation of secondary flow correction methods for consecutive bend flow simulation

1. State Environmental Protection Key Laboratory of Estuarine and Coastal Environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;

2. Key Laboratory of River-Lake Harnessing and Flood Control of Ministry of Water Resources, Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China;

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

4. State Environmental Protection Key Laboratory of Numerical Modeling for Environment Impact Assessment, Appraisal Center for Environment and Engineering, Beijing 100012, China

Received Date: 2015-07-28
Publish Date: 2016-03-25

Keywords:

Abstract: Secondary flow has a substantial influence on water flow, mass transportation and riverbed evolution. However, conventional 2-D depth-averaged models usually ignore the influence of secondary flow. Furthermore, the suitability of existing secondary flow correction models is debatable. To select a secondary flow correction method that can be applied to complex consecutive bends, two typical linear model calculation schemes, the Delft3D and Lien methods, are evaluated. The influence of secondary flow is considered in the 2-D depth-averaged models proposed in this paper by calculating the dispersion stresses added to the 2-D shallow water momentum equations in orthogonal curvilinear coordinates. Four unique consecutive curved flume experiments were chosen to evaluate the simulation effects. The evaluations compared the simulated water levels and velocity distributions for a conventional 2-D model and two kinds of secondary flow correction methods. Analysis of the simulation results demonstrates that the performance of the Delft3D secondary flow correction method is the better of the two methods tested. The method has higher degrees of freedom and is suitable for different complexity levels of consecutive bend simulations. While Lien's secondary flow correction method is not suitable for sharp consecutive bend flow simulations, it can be used effectively to simulate weak or moderate bends, however, care should be taken for consecutive bends of moderate curvature. Therefore, comparison of the two methods shows that the Delft3D modeling method is the better choice for simulating flow in consecutive bends.

周刚, 姚仕明, 秦翠翠, 贾鹏. 连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 266-279. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

引用本文:

周刚, 姚仕明, 秦翠翠, 贾鹏. 连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 266-279. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

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连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

作者简介: 周刚(1980-),男,山东莱芜人,副研究员,主要从事水力学及河流动力学、水环境模拟及污染物总量控制研究。E-mail:zhougang@craes.org.cn

Comparative evaluation of secondary flow correction methods for consecutive bend flow simulation

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连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.012

作者简介: 周刚(1980-),男,山东莱芜人,副研究员,主要从事水力学及河流动力学、水环境模拟及污染物总量控制研究。E-mail:zhougang@craes.org.cn

English Abstract

Comparative evaluation of secondary flow correction methods for consecutive bend flow simulation

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作者简介:
周刚(1980-),男,山东莱芜人,副研究员,主要从事水力学及河流动力学、水环境模拟及污染物总量控制研究。E-mail:zhougang@craes.org.cn

作者简介:
周刚(1980-),男,山东莱芜人,副研究员,主要从事水力学及河流动力学、水环境模拟及污染物总量控制研究。E-mail:zhougang@craes.org.cn