广东省某堤防丁坝群护岸效果数值模拟分析.pdf
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1、云南水力发电YUNNAN WATER POWER148第 40卷第 4期0 引言堤防是重要的防洪设施,但在长期的水流冲击下,丁坝群的护岸效果可能会受到影响。为了科学评估丁坝修复工程的效果以及水流冲蚀对稳定性的影响,研究采用数值模拟方法,从水位变化、水流速度和岸坡稳定性等角度进行了详细分析。通过数值模拟,可以更准确地预测修复工程的效果,为决策者提供科学指导。1 工程概况根据广东省某堤防管理处的实地踏勘结果,广东省某堤防总长约 46.8 km。在这一段堤防中,出现了多处危害堤防安全的问题,主要涉及保护堤岸的丁坝共计 56 处。特别是在该段全长约27.10 km 的范围内,由于长时间水流冲蚀以及与其
2、他因素的综合影响,已经出现了局部甚至整体性的破坏,导致原有的防护效果丧失。这一工程概况呈现出广东省某堤防的整体情况,突出了丁坝损坏的现状以及修复划分的不同段落。对于维护堤防安全以及恢复防护效果,丁坝修复工程显得尤为紧迫和必要1。2 数值模拟方法在评估广东省某堤防丁坝群护岸效果的过程中,采用了二维水动力数值模拟方法。具体的模拟过程如下。2.1 数值模拟工具的选择为了准确地模拟水流与丁坝的相互作用过程,选择了流体力学计算软件 MIKE 21 作为数值模拟广东省某堤防丁坝群护岸效果数值模拟分析李书曌(东莞市水利勘测设计院有限公司,广东 东莞 523000)摘要:研究通过数值模拟方法,对广东省某堤防丁
3、坝群的护岸效果进行了分析。通过比较丁坝修复前后的水位变化、水流速度和岸坡稳定性,以及水流冲蚀对丁坝稳定性的影响,得出了关于修复工程效果和水流冲蚀影响的详细结论。研究结果可为广东省某堤防丁坝群的维护和修复提供科学依据。关键词:广东省某堤防;丁坝群护岸;数值模拟中图分类号:TV871;TV861文献标识码:A文章编号:1006-3951(2024)04-0148-04DOI:10.3969/j.issn.1006-3951.2024.04.036Numerical Simulation Analysis on Protective Effect of a Dike Groin Group in G
4、uangdongLI Shuzhao(Dongguan Water Resources Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Dongguan 523000,China)Abstract:This study analyzed the revetment effect of a dike groin group in Guangdong using numerical simulation methods.By comparing the changes in water level,water flow velocity,and bank slope st
5、ability before and after the repair of spur dikes,as well as the impact of water flow erosion on the stability of spur dikes,detailed conclusions have been drawn on the effectiveness of repair engineering and the impact of water flow erosion.The research results can provide scientific basis for the
6、maintenance and repair of a dike groin group in Guangdong Province.Keywords:a dike in Guangdong;groin group revetment;numerical simulation收稿日期:2023-08-21作者简介:李书曌(1992-),女,黑龙江肇东人,工程师,主要从事农业工程水工建筑研究工作。*李书曌 广东省某堤防丁坝群护岸效果数值模拟分析149工具。MIKE 21 是一款专业的水动力模拟工具,其强大的功能可以涵盖水流的流动、波浪传播以及堤岸的冲蚀等复杂情况。MIKE 21 的应用广泛且成熟
7、,它基于数学模型和物理原理,能够高精度地模拟水体的运动和互动过程。其灵活的模型配置选项允许根据具体情况建立逼真的数值模型,从而更好地理解水流、波浪、冲蚀等因素对丁坝的影响。选择 MIKE 21 作为数值模拟工具是确保模拟结果的可靠性和准确性的一项关键决策,这将有助于更好地评估丁坝修复工程的效果以及水流冲蚀对稳定性的影响2。2.2 模拟过程在进行数值模拟之前,确保建立一个准确、可靠的模型是至关重要的。以下是模拟过程的详细步骤,以确保模拟结果的可信度和准确性。2.2.1 地形数据为了构建真实的地形模型,通过激光雷达测量和卫星影像获取了广东省某堤防石马河口-厚街水道桥段的高程数据。这些数据被用来创建
8、地形模型,以便在模拟中准确描绘水流的流动路径和地形特征3。2.2.2 水流数据水流数据是模拟中不可或缺的要素,其中包括流速、流量等关键信息。通过从当地水利部门获取历史水流数据,并结合实地观测获得的流速数据,来确保模拟中的水流参数设定准确可靠。2.2.3 材料性质丁坝和堤岸的材料性质对于模拟结果的准确性至关重要。通过采集样本并进行实验分析,获得了丁坝和堤岸材料的抗冲蚀能力、稳定性等参数。这些关键参数将被纳入模型,用于准确模拟水流对这些结构的冲击情况4。2.2.4 模型建立基于收集到的地形数据、水流数据和材料性质,将建立一个真实可靠的数值计算模型。在MIKE 21 等水动力模拟软件中,构建了基于实
9、际数据的二维水动力模型。这个模型涵盖了研究区域的河道、堤岸、丁坝等要素,并包括了水流的初始条件和边界条件。2.2.5 模拟运行模型建立完成后,将进行数值模拟运行。通过模拟不同条件下的水流作用,能够预测丁坝修复前后的护岸效果。模拟的结果将提供关于丁坝修复工程的重要信息,帮助决策者做出明智的决策,以维护水利设施的安全性和稳定性。通过科学的数值模拟,能够更好地理解丁坝对水体和地形的影响,为工程决策提供有力支持5。2.2.6 结果分析模拟运行后,将分析模拟结果,比较修复前后的水流情况。通过分析水流速度、冲击力分布等数据,可以评估丁坝修复工程的护岸效果,并提出可能的改进意见。通过以上的数值模拟方法,可以
10、更全面地了解丁坝修复工程对堤防护岸效果的影响,为工程决策提供科学可靠的依据。在模拟过程中,将使用以下公式。水流运动方程:冲蚀模型:E=k(-c)3/2式中:u,v水流在x和y方向的速度;水的密度;p压力;运动粘性系数;E单位时间和单位面积的河床冲蚀量;k冲蚀系数;水流底床剪切应力;c临界剪切应力。通过以上的数值模拟方法,可以更好地理解丁坝修复工程对广东省某堤防护岸效果的影响,为工程决策提供科学依据。3 模拟参数设定在进行数值模拟前,需要设定一系列参数,以确保模拟的准确性和真实性。以下是在模拟过程中所使用的参数设定。3.1 地形数据采用激光雷达测量和卫星影像获取了研究区域的地形数据。这些数据被用
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