多沙河流水库溯源冲刷与异重流排沙耦合过程的数值模拟研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51809196
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0903.水力学与河流动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Retrogressive erosion and turbidity current venting are proven techniques for reservoir sediment management, however it is still a challenge to make accurate predictions while giving full consideration to the coupling effects between these two physical processes with the present level of understanding to their mechanisms and numerical modelling technique. Studying approaches of analysis to observed data, application of mechanical theory and numerical modeling are used in this project. Firstly, the mechanism of bed deformation in the process of retrogressive erosion is investigated from the aspects of the stability of deposit slope and the dilatancy effect. The sediment entrainment flux formula for retrogressive erosion is proposed, which can be used to achieve simulations to different deformation modes of the longitudinal profiles. Then, the data from laboratory experiments and field measurements are used to investigate the unsteady characteristics of turbidity current intrusion. The approximation equation is obtained for the interface profile between the turbid and clear water layers, and a calculation method is proposed for turbidity current intrusion. Finally, the proposed calculation methods for retrogressive erosion and turbidity current intrusion are integrated with the coupled model for open-channel flow and turbidity current in reservoirs. The coupled processes of retrogressive erosion and turbidity current venting are simulated to evaluate the reservoir operation schemes for sediment management. Study results from this project will not only help to enhance the understanding of characteristics of flow and sediment movement and bed evolution in heavily sediment-laden reservoirs, but also improve the management ability to reservoir sedimentation.
水库溯源冲刷与异重流排沙是在国内外水库泥沙的治理实践中探索出的有效管理措施,但是现有机理研究与模拟技术难以准确预测两者的演化过程并充分考虑耦合作用。本项目将采用实测资料分析、力学理论分析与数值模拟相结合的研究方法。首先从淤积体坡面稳定性和床面层剪切膨胀作用出发分析溯源冲刷过程中的床面变形机理,提出溯源冲刷过程的床沙上扬通量计算公式,从而实现对不同纵剖面变形模式的模拟;然后采用水槽试验与原型观测资料研究异重流倒灌过程的非恒定特性,得到稳定状态下交界面曲线形态的近似方法,提出异重流倒灌流量的计算方法;最后将所提出的溯源冲刷与异重流倒灌计算方法与水库明流及异重流控制方程的交替求解模式相结合,建立水库溯源冲刷与异重流排沙的耦合过程模型,用于评估不同调度方式的排沙效果。研究成果将有助于深入认识多沙河流水库水沙运动与河床冲淤规律,提升水库泥沙的管理水平。

结项摘要

水库溯源冲刷与异重流排沙是在国内外水库泥沙的治理实践中探索出的有效管理措施,但是现有机理研究与模拟技术难以准确预测两者的演化过程。本项目从溯源冲刷过程中的泥沙侵蚀强度和有限长度支流内的异重流倒灌着手,在以下三个方面开展研究并取得了相应成果:(1)将考虑了大底坡影响的修正后的浅水方程与基于高速冲刷条件下悬浮通量理论的泥沙输移与河床变形方程耦合,建立了溯源冲刷模型;(2)基于立面二维水沙输移模型的自相似解,得到了异重流倒灌的最大长度表达式,建立了对末端封闭以及无限长河渠均适用的异重流倒灌流量和输沙率计算方法;(3)采用准二维算法实现了河网计算中河段连接单元与一维控制单元间的数值通量计算,使用OpenMP技术完成了河网算法的并行化,建立了能够实现库区、下游河道和滩区联合模拟的水沙模拟系统。数值模拟研究证明了忽略大底坡影响会高估水流的重力加速作用导致计算冲刷速度比实际速度快,采用传统的挟沙力公式计算悬浮通量会导致计算冲刷速度在溯源冲刷的早期远小于实测值。对于三门峡水库溯源冲刷过程,冲刷范围和各断面的冲刷深度均能做出较准确的预测。对于异重流倒灌的研究成果填补了过去倒灌长度公式缺乏理论依据而单纯依靠回归分析的空白,弥补了过去异重流倒灌强度预测方法不能考虑支流末端的反射影响的缺点,提高了预测精度。应用建立的黄河中下游水库-河道-滩区水沙模拟系统,评估了“1958”型洪水重现时,小浪底水库的防洪作用和黄河下游的洪水风险。本项目成果揭示了非粘性沙溯源冲刷机理以及地形条件对异重流倒灌均衡状态的影响机制,有助于提高水库减淤调度的效果。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
One-dimensional morphodynamic model for retrogressive erosion based on a sediment entrainment theory at high flow velocity
基于高流速泥沙夹带理论的退蚀一维形态动力学模型
  • DOI:
    10.1016/j.ijsrc.2020.10.002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Sediment Research
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zenghui Wang;Junqiang Xia;Meirong Zhou;Shanshan Deng;Tao Li
  • 通讯作者:
    Tao Li
Modelling hyperconcentrated floods in the Middle Yellow River using an improved river network model
使用改进的河网模型对黄河中游超集中洪水进行建模
  • DOI:
    10.1016/j.catena.2020.104544
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    CATENA
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Zenghui Wang;Junqiang Xia;Meirong Zhou;Shanshan Deng;Tao Li
  • 通讯作者:
    Tao Li

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其他文献

强磁场和电场作用下的液态金属飞溅抑制的实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国科学院大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李粲;王增辉;贾潇;倪明玖
  • 通讯作者:
    倪明玖
磁场作用下三维方腔内液态金属自然对流的数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国科学院大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王增辉;陈欢;杨嵩
  • 通讯作者:
    杨嵩
液态金属热输运过程的分子动力学模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国科学院大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张龙艳;王增辉
  • 通讯作者:
    王增辉
金属钨熔化过程的分子动力学模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵凯璇;王增辉;倪明玖
  • 通讯作者:
    倪明玖
强磁场下液态金属在竖直平板外的自由对流换热
  • DOI:
    10.7523/j.issn.2095-6134.2020.01.003
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国科学院大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周仲凯;王增辉;陈然
  • 通讯作者:
    陈然

其他文献

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王增辉的其他基金

多沙河流水库跌坎式溯源冲刷机理与模拟方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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