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长江对鄱阳湖倒灌影响的微模型模拟

王志寰 朱立俊 王建中 范红霞 刘贝贝 陈槐

王志寰, 朱立俊, 王建中, 范红霞, 刘贝贝, 陈槐. 长江对鄱阳湖倒灌影响的微模型模拟[J]. 水利水运工程学报, 2019, (5): 44-53. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.006
引用本文: 王志寰, 朱立俊, 王建中, 范红霞, 刘贝贝, 陈槐. 长江对鄱阳湖倒灌影响的微模型模拟[J]. 水利水运工程学报, 2019, (5): 44-53. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.006
WANG Zhihuan, ZHU Lijun, WANG Jianzhong, FAN Hongxia, LIU Beibei, CHEN Huai. Microscale model simulation of backflow influences of Yangtze River on Poyang Lake[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (5): 44-53. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.006
Citation: WANG Zhihuan, ZHU Lijun, WANG Jianzhong, FAN Hongxia, LIU Beibei, CHEN Huai. Microscale model simulation of backflow influences of Yangtze River on Poyang Lake[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (5): 44-53. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.006

长江对鄱阳湖倒灌影响的微模型模拟

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.006
基金项目: 

江苏省科技项目 BM2018028

中央级公益性科研院所基本科研业务费项目 Y218012

国家重点研发计划资助项目 2018YFC0407802-3

国家重点研发计划资助项目 2018YFC0407803

中央级公益性科研院所基本科研业务费项目 Y218002

国家自然科学基金青年项目 51609146

详细信息
    作者简介:

    王志寰(1987—),女,吉林松原人,博士研究生,主要从事河流动力学方面的研究。E-mail:zhihuan.happy@163.com

  • 中图分类号: TV149.2

Microscale model simulation of backflow influences of Yangtze River on Poyang Lake

  • 摘要: 微模型试验技术具有模型规模小、试验周期短和经济性好等优势,可用于研究大范围和复杂系统的江湖关系问题,但国内应用实例较少,其相似理论和模型设计关键技术值得深入研究。基于研究长江与鄱阳湖江湖倒灌规律的需要,探讨了江湖倒灌微模型应遵循的相似律和微模型设计方法,提出了微模型阻力相似及模型物理量测控的解决方案,建立了平面比尺1:6 500、垂直比尺1:150的长江-鄱阳湖-“五河”尾闾微模型。经实测水文资料验证,该模型在水位、流速及长江对鄱阳湖倒灌时间和倒灌流量等方面与原体具有较好相似性,所用模型设计和模拟方法为进一步推广微模型试验技术提供了理论依据,为研究河流、湖泊、河口、海岸等大尺度和复杂水沙运动问题提供了参考。
  • 图  1  长江与鄱阳湖地理位置

    Figure  1.  Location of Yangtze River and Poyang Lake

    图  2  湖口站模型日雷诺数年均值与垂直比尺关系

    Figure  2.  Relationships between annual average Reynolds number of microscale model and vertical scales at Hukou station

    图  3  湖口站模型日雷诺数过程线

    Figure  3.  Daily average Reynolds number process lines at Hukou station given by microscale model

    图  4  湖口站模型日平均水深年均值与垂直比尺关系

    Figure  4.  Relationships between annual average of daily mean water depth and vertical scales at Hukou station given by microscale model

    图  5  湖口站模型日平均水深过程线

    Figure  5.  Process of daily average water depth at Hukou station by microscale model

    图  6  微模型典型断面流速分布验证结果(2012-09-22)

    Figure  6.  Velocities distribution verification results of typical cross-sections of microscale model (22 Sep. 2012)

    表  1  2006—2016年湖口站具体倒灌情况分析

    Table  1.   Analysis of river water backward flowing into Poyang Lake at Hukou station from 2006 to 2016

    年份 年内倒灌次数 倒灌日期 倒灌历时/d 日均最大倒灌流量/(m3·s-1) 倒灌水量/亿m3 倒灌代表性
    次历时 年历时 次水量 年水量
    2006 0 - - - - - - 无倒灌
    2007 2 7月12—18日 7 24 3 570 8.32 42.22 次/年倒灌历时最长、次/年倒灌水量最多
    7月22日—8月7日 17 3 520 33.90
    2008 4 7月27—28日 2 20 575 0.91 22.72 年内倒灌次数最多
    8月17—24日 8 4 080 17.00
    8月31日—9月4日 5 1 450 3.93
    11月9—13日 5 477 0.88
    2009 1 7月1日 1 1 378 0.33 0.33 次/年倒灌历时最短、年倒灌水量最少
    2010 0 - - - - - - 无倒灌
    2011 2 8月13日 1 4 39 0.03 0.70 日均最大倒灌流量最小、次倒灌水量最少
    9月23—25日 3 371 0.67
    2012 1 7月14—16日 3 3 3 940 5.49 5.49 年内倒灌次数最少
    2013 1 9月28日—10月2日 5 5 832 1.86 1.86 年内倒灌次数最少
    2014 1 9月22—25日 4 4 951 2.70 2.70 年内倒灌次数最少
    2015 0 - - - - - - 无倒灌
    2016 1 7月2—7日 6 6 8 470 18.20 18.20 日均最大倒灌流量最大
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    表  2  微模型各河段堤线间断面宽度特征(λL=6 500)

    Table  2.   Characteristics of section width of microscale physical model (λL=6 500)

    河段名称 模型断面最大宽度/cm 模型断面平均宽度/cm 模型断面最小宽度/cm
    九江—张家洲洲尾 46.13 31.14 14.38
    张家洲洲尾—彭泽 91.15 59.68 24.07
    入江水道 270.62 102.19 19.62
    鄱阳湖湖区 969.82 495.64 284.13
    赣江尾闾 54.59 18.37 6.37
    其他尾闾 28.83 11.36 4.06
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    表  3  模型比尺汇总

    Table  3.   Summary of micro model scale

    比尺名称 符号 数值
    平面比尺 λL 6 500
    垂直比尺 λH 150
    模型变率 η 43.33
    流速比尺 λv(λ′v) 12.25(8.16)
    流量比尺 λQ(λ′Q) 11 941 262(7 960 842)
    糙率比尺 λn(λ′n) 0.350(0.525)
    时间比尺 λt 531(796)
    流量变率 ηQ 1.5
    注:括号里是采用流量变态法后的值。
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    表  4  微模型水位验证结果(2012-09-22)

    Table  4.   Water level validation results of microscale model (22 Sep. 2012)

    河段 水尺名 实测值/m 模型值/m 绝对误差/m 相对误差/%
    长江 九江站 14.00 13.92 -0.08 -0.57
    入江水道 湖口站 13.56 13.58 0.02 0.15
    星子站 13.60 13.59 -0.01 -0.07
    鄱阳湖湖区 都昌站 13.62 13.65 0.03 0.22
    康山站 13.68 13.74 0.06 0.44
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    表  5  微模型典型断面流量验证结果(2012年)

    Table  5.   Discharge verification results of typical cross-sections of microscale physical model (2012)

    河段 断面位置 实测值/(m3·s-1) 模型值/(m3·s-1) 相对误差/% 日期
    长江 长江干流 31100 30000 -3.50 09-22
    张家洲左汊 12900 11600 -10.10 09-22
    张家洲右汊 18300 19000 3.83 09-22
    入江水道 星子 5100 5400 4.85 09-23
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-06
  • 刊出日期:  2019-10-01

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