-获奖成果详情长江水利委员会青年科学技术奖 -

获奖名称: 新型低水头闸坝群作用下冲积河流水沙床耦合过程研究

获奖等级: 二等奖

获奖类别: 长江水利委员会青年科学技术奖

授奖单位: 水利部长江水利委员会

完成单位: 倪玉芳、张晓琦、滕素芬、石浩洋、孙楠

获奖年度: 2023

获奖人员: 倪玉芳、张晓琦、滕素芬、石浩洋、孙楠

成果简介:本成果名称为新型低水头闸坝群作用下冲积河流水沙床耦合过程研究，所属专业领域为水环境与水生态、河湖治理，研究方向为水环境模拟与调控、泥沙防治与利用。修建新型低水头闸坝群已逐渐成为我国河道生态治理工作中重要的工程措施之一，但目前对低水头闸坝群作用下冲积河流水沙床耦合动力学过程的认识和理解缺失。基于此背景，本成果首先提出了基于非结构化网格与高性能数值计算技术的二维浅水-泥沙-形态耦合动力学数学模型；其次，考虑到干旱半干旱地区河流相较于湿润半湿润地区河流，其下渗过程可能是显著的，而山区河流相较于平原河流，河床纵比降较大，故而通过研究强下渗浅水流动过程与陡峭坡面浅水流动过程对本文模型进行检验；然后，提出了一种水库群防洪库容协同作用研究方法、一种物理机制引导深度学习的洪水-水库映射关系模拟方法从而更好地预测冲积河流闸坝群的上下游边界条件，探索了库湾倒灌特征及成因、刚性植被条件下明渠横向单孔射流的紊动结构与流场分布规律，从而为更好地完善数学模型边界条件与物理机制奠定基础；同时，推导理想溃坝问题近似理论解，为浅水-泥沙-形态耦合动力学数学模型提供新的参考基准；最后将本文模型应用于汾河中游干流，解析新型低水头闸坝群作用下水沙床耦合动力学过程。本成果主要创新点包括：（1）建立了一个高性能浅水泥沙形态耦合动力学二维数学模型；（2）提出了陡峭坡面理想溃坝挟沙水流的一种近似解；（3）揭示了新型低水头闸坝群作用下冲积河流水沙运动与河床演变的基本特征。本成果取得的主要知识产权包括6篇SCI检索论文、1项发明专利、1篇EI检索论文、2篇核心检索论文。本成果不仅可以指导新型低水头闸坝群的调度运行，也为后续河道的景观设计、绿化工程、清淤扩容提供了充分的科学依据。