Page 91 - 2021年第52卷第7期

以保证非结构网格计算的准确性。数学模型计算的时间步长为 0.05 s，模型所采用的主要参数见表 1。
3
上游边界设为恒定的流量 30 m /s ，下游边界条件设为正常水深 1.6 m。在忽略泥沙运动和河冰运动
时，模拟的恒定均匀流水深和流速分布如图 6 所示。模拟的水深和流速沿轴线对称，且分布均匀，验
证了该模型在均匀对称河道水流计算中的可靠性。断面平均流速为 0.98 m/s ，弗劳德数为 0.29。该
恒定均匀流模拟为以下河冰运动和岸滩侵蚀模拟提供了可靠的初始条件。

2
高程/m 1

0
0 5 10 15 20 25 30 35
y/m
图 5 均匀梯形断面形态及水位示意

1m/s
水深/m
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
30
25
20
y/m 15
10
5
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400
x/m
图 6 恒定均匀流下模拟的水深和流速分布
4.2 冰盖对河道冲淤的影响 在图 6 计算的恒定均匀流下，分别设置有无冰盖的计算工况，上游泥
沙边界采用循环边界，即下游出口流出多少泥沙，上游边界就提供多少泥沙。循环泥沙边界适用于
长河道的水沙模拟。图 7 为明渠和冰盖覆盖两种工况下 100 h 和 200 h 模拟的水位和断面地形。模拟
200 h 后梯形河道达到冲淤平衡状态，冰盖条件下稳定的水位高于明流工况。这主要是因为冰盖增加
了河道边界的湿周和总体阻力，河道断面平均流速下降，因此考虑冰盖时的河道水位更高。4 个不同
断面均显示冰盖下水位更高，水面下岸坡的冲刷起点更高，但冰盖下岸坡总体冲刷量小于明流工
况，相应主河道的泥沙淤积也偏小。这主要是因为冰盖下的流速比明流工况低，岸坡和床面的水流
拖曳力低于明流工况，因此岸坡的冲刷和主河道的淤积小于明流条件。对比 100 h 和 200 h 的模拟结

初始河床 明流水位 冰盖底面 明流条件 t=100 h
冰封条件 t=100 h 明流条件 t=200 h 冰封条件 t=200 h
2.5 2.5
2 2
高程/m 1.5 1 x=100m 高程/m 1.5 1 x=200m

0.5 0.5
0 0
0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35
y/m y/m
2.5 2.5
2 2
高程/m 1.5 1 x=300m 高程/m 1.5 1 x=400m

0.5 0.5
0 0
0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35
y/m y/m
图 7 明流和冰盖影响下不同断面模拟的水位及河床冲淤对比
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