泥沙的案例
【CAE案例】吉普斯蘭湖入口泥沙輸運的驅(qū)動因素
圖3 二維水動力水位值（調(diào)低1/3）與測量值比較
驗證模型之后，本案例建立了三種泥沙輸運模型來進行模擬仿真，研究在風(fēng)暴條件下模型的不同設(shè)置對泥沙輸運的影響。以下三幅圖展示了9月10日 UTC 00:00的海床演變模擬結(jié)果：
圖4是有推移質(zhì)，但無波浪和懸移質(zhì)輸運模型的模擬結(jié)果；在沒有波浪和懸移質(zhì)輸運的情況下，海床演變的跡象很小。
圖5是有推移質(zhì)和波浪，但無懸移質(zhì)輸運模型的模擬結(jié)果；當(dāng)同時考慮到推移質(zhì)輸運和波浪時，9月8日發(fā)生的風(fēng)暴導(dǎo)致泥沙相對均勻地以沙壩的形式向外海移動。
圖6是同時考慮推移質(zhì)、波浪、懸移質(zhì)輸運模型的模擬結(jié)果。當(dāng)同時考慮到推移質(zhì)、懸移質(zhì)輸運和波浪時，整個海床的演化是守恒的，較少的泥沙會被沖進外海中。
圖4 有推移質(zhì)無波浪且懸移質(zhì)輸運模型的海床演變
圖5有推移質(zhì)和波浪無懸移質(zhì)輸運模型的海床演變
圖6 同時有推移質(zhì)、波浪、懸移質(zhì)輸運模型的海床演變
03 研究結(jié)論
本文首先使用二維水動力模塊與TOMAWAC模塊計算風(fēng)暴氣候下海浪的相關(guān)參數(shù)并與測量值對比，驗證模型的仿真能力。TOMWAC模塊得到的海浪數(shù)據(jù)作為泥沙輸運模塊SISYPHE的輸入文件。然后使用三個模塊耦合建立三種不同的泥沙輸運模型仿真模擬極端氣候條件下的海床泥沙輸運情況，證明了極端天氣對泥沙輸運的影響。
04 小結(jié)
今天主要講述了使用二維水動力模塊、波浪模塊TOMAWAC和泥沙輸運模塊SISYPHE耦合建立的二維泥沙輸運模型仿真模擬極端氣候條件下海床泥沙輸運情況。極端天氣會造成港口與外航道泥沙淤積嚴重，導(dǎo)致船只不能正常通航，使用水動力仿真軟件建立模型研究海床的泥沙運輸，有助于提出由于極端天氣引起的泥沙淤積的解決方案。該模型也可以復(fù)用到其他類似的場景中。
展開 【CAE案例】普爾灣與基督城灣的泥沙模擬
海床構(gòu)成
在該研究模型中，研究人員按照泥沙粒徑定義了6種泥沙類別，分別為（從淤泥到粗礫石）：40μm（淤泥）、94μm（極細砂）、188μm（細砂）、375μm（中砂）、1.0mm（粗礫）和20mm（礫石）。根據(jù)此前的其他研究信息，針對部分已知的異常點位和信息修改了這些地質(zhì)成分構(gòu)成。最終形成的平均粒徑模型如圖 3所示
圖3 海床泥沙的平均粒徑分布圖及重要點位分布（從S1到S9共9個點位）
最終，根據(jù)以上條件形成了研究所用的大尺度海域模型，通過耦合TOMAWAC以及GAIA模塊，計算推演該尺度下大范圍的海床泥沙遷移現(xiàn)象。
03 研究結(jié)論
通過水動力仿真模塊耦合計算結(jié)果，該模型能良好地再現(xiàn)大多數(shù)位置處的觀測流量、波浪條件和泥沙遷移與輸送現(xiàn)象。圖 4展示了模型計算得到的泥沙遷移方向以及殘余泥沙遷移量。由于缺乏最新的精確的卵石灘水深測量數(shù)據(jù)，在S4（卵石灘）和S3（赫斯特海岬）計算的流量和水位受到影響，導(dǎo)致無法正確表征該地區(qū)的泥沙遷移模型。在S6處（基督城灣東南方向），模型很好地再現(xiàn)了波流條件，然而其預(yù)測的泥沙輸送量仍有點偏高，與實際情況不符合。由于模型中海床的成分組成允許在基督城邊緣侵蝕掉更多的泥沙，導(dǎo)致S6乃至S7處泥沙遷移量相對較多。
圖4 模型推演出的泥沙遷移方向以及遷移量
在研究者們的實測數(shù)據(jù)中，泥沙的輸送量是基于高于海床面0.5m
以上的水體中的流速和泥沙濃度確定的剖面近似值。由于絕大多數(shù)泥沙遷移發(fā)生在更靠近海床的位置，測量得到的泥沙遷移速率具有較大的不確定性。
展開 【環(huán)境仿真專題第二講】使用TELEMAC-MASCARET研究英國諾福克和林肯郡海岸的疏浚對泥沙沉積和擴散路徑的影響
圖4展示了在無波浪情況下，疏浚工程后一年里泥沙的空間分布，采用海床高程等值線表示，
兩條等高線分別表示初始沉積層的0.01%和1%。
結(jié)果表明，在排除海浪的情況下，一年后林肯郡海岸有更多的泥沙殘留。
該區(qū)沉積物主要分布在從北部到南部的海岸線上，
大量泥沙最初沉積在位于Skegness和Hunstanton之間的沖刷區(qū)的深槽中。
疏浚區(qū)域一年后釋放的泥沙的空間分布（無波浪）
圖5中沿開放海域邊界的曲線顯示了一年內(nèi)離開該區(qū)域的泥沙體積的空間分布情況。
沉積物主要通過北部邊界的西部和南部邊界離開該研究區(qū)域。
一年后離開區(qū)域的泥沙量的空間分布
05
研究結(jié)論
在此案例中一共運用了TELEMAC-MASCARET軟件中的三個模塊，即Telemac-2D、Tomawac和Sisysphe，研究了疏浚工程對周邊海域和岸灘的影響。
對于英國這樣海岸線較多，需要經(jīng)常進行岸灘養(yǎng)護的國家而言，比較期望疏浚后涌出的泥沙能夠達到近岸地帶，進行一個天然的岸灘養(yǎng)護。
然而結(jié)果表明，對于該疏浚區(qū)域約15%的泥沙開采量未到達近岸地帶，因此減少了海灘體積，
未達到海岸保護的目的。
小結(jié)
本案例是將環(huán)境仿真技術(shù)應(yīng)用于
評估疏浚工程對施工區(qū)域及周邊地區(qū)
的影響，模擬結(jié)果表證明TELEMAC-MASCARET有能力預(yù)測泥沙沉積和擴散路徑的范圍。
展開 【開源CAE培訓(xùn)通知】TELEMAC-MASCARET水動力及泥沙遷移專題培訓(xùn)
該軟件可以構(gòu)建1D，2D和3D水動力學(xué)模型以解決波浪傳播, 波浪振動特性，水質(zhì)污染，泥沙輸運和海床形態(tài)變化等問題，擁有豐富的用戶技術(shù)支持和廣泛的工業(yè)應(yīng)用及驗證。
美國燒了8.3億美元，就為了去火星“玩泥沙”？
▲NASA任務(wù)控制現(xiàn)場
你是否知道，這一耗資8.3億美元的探測器，花了六個月時間飛行，克服1500度的高溫、火星大氣層中的狂風(fēng)，居然是去火星“玩泥沙”？
▲上圖展示了洞察號配備的火星土壤層鉆探設(shè)備
這是因為，美國宇航局的洞察號火星探測器，它的任務(wù)就是去考察火星地表下方土層內(nèi)部的情況！
洞察號會像小朋友“玩泥沙”一樣，在火星土壤里挖開一個洞，看看里面究竟有什么。也許它會發(fā)現(xiàn)生命的跡象，也許它會找到獨特的礦物，也許它會探測到火星地震等信息，讓我們拭目以待。
為了實現(xiàn)“玩泥沙”，洞察號要克服無數(shù)的困難，特別是降落到火星表面的14分鐘，一連串的嚴峻挑戰(zhàn)，任何一個都能徹底摧毀洞察號！
▲洞察號著陸器經(jīng)受高溫灼燒考驗
這一耗資8.3億美元的火星探測器，因為飛行到了遙遠的火星，傳回?zé)o線電信號也要好幾分鐘，因此實際上無數(shù)科學(xué)家們只能在它開始降落前準備好一切，此后的操作只能聽天由命，指望洞察號的自動降落功能克服所有難題。一個錯漏，洞察號火星探測器就會毀于一旦。這并不是少見的事情，歐洲聯(lián)盟以及蘇聯(lián)時代的火星探測器都多次出錯，甚至直接砸碎在火星表面上。有三分之一的火星探測器，在著陸時損毀，不過美國探測器的成功率要明顯好一些。
2018年5月24日，洞察號從美國范登堡空軍基地發(fā)射，僅僅飛近火星就用了6個月。
洞察號在接到地球命令，開始著陸后，著陸器部分與航天器部分分離，著陸器開始降落。
▲洞察號航天器
此時地面的美國宇航局指揮人員已經(jīng)無法再進行任何操作，因為發(fā)給著陸器的無線電信號傳輸時間過長，因此來不及控制這一迅速變化過程中的著陸器，只能依靠自動降落功能。
著陸器在進入火星大氣層的初段，要經(jīng)歷1500度的高溫灼燒。這是因為它自身在環(huán)火星軌道上高速飛行，因此著陸器部分與軌道器脫離、進入大氣層時會與空氣摩擦，產(chǎn)生高熱。
展開 【CAE案例】針對法國吉倫特河口灣大尺度地貌動力學(xué)數(shù)值模擬研究
泥沙遷移模型
泥沙遷移部分的建模由同樣包含于TELEMAC-MASCARET系統(tǒng)的SISYPHE模塊完成。該模塊的核心控制方程為埃克納方程（Exner equation），其廣泛用于反應(yīng)泥沙等沉積物的質(zhì)量守恒。在泥沙遷移的計算過程中SISYPHE會將整個泥沙部分分成河床底積以及懸移質(zhì)，前者可通過半經(jīng)驗公式Meyer-Peter Muller 來估計，而后者將通過解算另一個遷移方程以獲得深度平均泥沙含量。
模型耦合
鑒于泥沙遷移現(xiàn)象主要發(fā)生在河流近床部分，模型耦合過程中河流底部的速度將被作為主要參數(shù)之一參與泥沙遷移的計算。而考慮到基于深度平均淺水方程的TELEMAC-2D的輸出為深度平均流速，因此需要特殊的校正處理。主要方式是通過在解算過程中加入一個基于空間變化的位于[0,1]區(qū)間之內(nèi)的校正系數(shù)來人為降低河流的遷移速率，當(dāng)然這種處理會使模型在數(shù)值解算過程中產(chǎn)生不穩(wěn)定性，因此我們在水平移流解算過程中加入一個隱式的沉降速率項以避免計算崩潰。事實上由于這種方法已被作為一種常用工具集成在TELEMAC-MASCARET系統(tǒng)當(dāng)中，因此實際操作起來非常方便。
03 模擬結(jié)果
大尺度水力學(xué)模型的驗證
首先我們將要驗證大尺度下水力學(xué)模型的有效性。驗證地點方面我們選取入海口附近的Verdon（點1）站點以及中央地區(qū)的Pauillac（點4）站點。結(jié)果如下圖所示：
上圖為水位觀測數(shù)據(jù)（離散點）與計算結(jié)果（曲線）的比較，而下圖為水流速度的比較。其中水位計算的誤差平均在10cm以內(nèi)，速度觀測也取得了較好的擬合度。
大尺度泥沙遷移模型的驗證
1. 粒度分布驗證
由于泥沙在遷移過程中涉及多個粒度的混合，我們將首先驗證粒度分布的計算和觀測數(shù)據(jù)，結(jié)果如下圖所示：
上圖為觀測數(shù)據(jù)，而下圖為模擬的結(jié)果。
展開 【CAE案例】疏浚工程拋沙的數(shù)值模擬
圖 6 在Duroc進口處仿真結(jié)果和觀測結(jié)果的流速對比
接下來使用一種簡單但現(xiàn)實的方案對泥沙進行建模：為了表示沉降期間泥沙的再懸浮，在模型中設(shè)置泥沙位于不同深度的水層中。總的來說，即根據(jù)海域流速異同，在平靜海況時注入5%的泥沙到海面及密度變化層，在動蕩條件（流速較大）時注入10%的泥沙至表面和密度變化層。模型根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)，設(shè)置傾倒的泥沙為粒徑小于63μm的泥漿，其沉降速度約為0.1mm/s（忽略絮凝效應(yīng)）。由于本次模擬只關(guān)注拋沙的影響，因此海床底部設(shè)置不考慮泥沙。傾倒大約每3h發(fā)生一次，單次持續(xù)5分鐘，因此設(shè)置每個時間步注入0.16m³的泥沙。當(dāng)泥沙濃度高于10mg/L時（海洋深度小于100m），珊瑚礁視為受到影響。
研究將主要探究三種情形，即平靜條件時（弱風(fēng)，波高0.5 m，海流0.2 m/s）；寒冷季節(jié)動蕩條件（波高1.8 m，微弱的西信風(fēng)，無環(huán)流）和炎熱季節(jié)動蕩條件（波高1.8 m，強東南信風(fēng)，海流0.4 m/s）。
03 研究結(jié)論
在對不同情形仿真計算后，模擬的結(jié)果表明，拋沙區(qū)域周圍的流速相對較低（＜0.3m/s）。在漲潮和退潮期間，潟湖入口處能觀察到最強的洋流（流速約0.8m/s），傾倒區(qū)域周圍也可以觀察到有漩渦的存在（漩渦的流速和全球環(huán)流有關(guān)），如圖 7中對平靜條件情形的展示。
圖 7 平靜條件下的流場分布（圖中紅框為拋沙區(qū)域）
而如圖 8所示，由于流速較低，泥沙的流動和輸運受到一定限制，傾倒泥沙后拋沙區(qū)的泥沙濃度迅速降低，整體泥沙呈現(xiàn)出下降并停留在拋沙區(qū)附近的現(xiàn)象。模擬的拋沙區(qū)中最大泥沙濃度約為15-20mg/L，在其外部的泥沙濃度為5mg/L。
展開 【EDF開源CAE】使用TELEMAC-MASCARET模擬平坦河床條件下的三維懸沙遷移
該軟件可以構(gòu)建1D，2D和3D水動力學(xué)模型以解決波浪傳播, 波浪振動特性，水質(zhì)污染，泥沙輸運和海床形態(tài)變化等問題，擁有豐富的用戶技術(shù)支持和廣泛的工業(yè)應(yīng)用及驗證。
研究背景
有關(guān)
三維懸沙遷移的模擬一直是一個非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
這主要是由于一方面當(dāng)前科學(xué)界對復(fù)雜條件下泥沙與湍流間相互作用情況的認識相對匱乏，另一方面當(dāng)前的數(shù)值模擬技術(shù)對流場和泥沙大梯度分布情況的計算本身具有一定的困難。
在本案例中，我們將嘗試使用TELEMAC-MASCARET進行這項挑戰(zhàn)，并用三維數(shù)值模擬的結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)進行對比驗證。
研究目的
為了區(qū)分粒子在湍流場中的影響，在實驗設(shè)計上我們選擇進行
饑餓河床實驗
，即流體在初始條件下的泥沙含量為0，而在實驗過程中不斷加入泥沙直至飽和。
計算工具方面，本次數(shù)值模擬將由TELEMAC-MASCARET軟件下的
TELEMAC-3D模塊
進行。
湍流模型
對復(fù)雜流體條件下流場和泥沙分布的預(yù)測以及泥沙傳輸速率的準確計算起著至關(guān)重要的作用。最簡單的湍流模型是基于湍流黏度與局部流速或特征長度成比例的假設(shè)，由此可見湍流黏度的值十分取決于局部流動條件。
除此之外，廣泛使用的k-ε湍流模型可以通過計算一個二元方程組來確定湍流動能k以及耗散率ε，再以此計算湍流黏度。
使用k-ε湍流模型的好處在于其已經(jīng)在浮力項中考慮到了泥沙誘導(dǎo)的分層效應(yīng)，因而簡化了設(shè)定的流程。
另外在湍流黏度模型中，泥沙濃度對湍流模型的影響一般可用阻尼函數(shù)方程表示。
TELEMAC-3D以及其中Sedi-3D模組計算的準確性，所有的計算結(jié)果將與D.A.Lyn博士在其博士論文中展示的實驗結(jié)果進行比對。
展開 【CAE案例】艾克（Ike）颶風(fēng)對德克薩斯海岸影響的仿真模擬
圖 3 颶風(fēng)期間模型內(nèi)6條主干河流的流量
泥沙數(shù)據(jù)
模型采用了空間變化的粒徑分布和床層摩擦，海床由5種不同的泥沙類別組成：中等粉砂（30μm）、粗淤泥（70μm）、超細沙（125μm）、細砂（0.25mm）以及中砂（0.5mm）。此外，研究人員還設(shè)定諸如防波堤、碼頭和海堤結(jié)構(gòu)，粘土含量超過40%的區(qū)域以及最大速度超過1.5m/s的區(qū)域為不可侵蝕區(qū)。
通過分布在不同點位的觀測和測量數(shù)據(jù)，研究者們分別對波浪、水位、流速等參數(shù)進行了校準。將預(yù)測的潮汐高度、海流與波浪結(jié)果與颶風(fēng)艾克登陸期間成功采集的數(shù)據(jù)結(jié)果對比后，工程師們完成了對模型的驗證，如圖4和圖5所示，模型能夠很好得預(yù)測颶風(fēng)帶來的影響。
圖 4 在TCOON點位的模型計算和實測結(jié)果的對比圖圖 5 在NDBC點位的模型計算和實測結(jié)果的對比圖
03 研究結(jié)論
如圖6所示的颶風(fēng)艾克登陸期間的輸沙率云圖，這期間泥沙主要往加爾維斯頓灣（Galveston Bay）入口通道以東的陸上運輸，而在通道以西，泥沙轉(zhuǎn)而從海岸向遠海處輸送。
圖 6 2008年9月13日07時颶風(fēng)艾克登陸期間的輸沙速率
如下圖所展示的颶風(fēng)期間海床泥沙的侵蝕與沉積，在颶風(fēng)登陸期間，受到影響的多是東部的岸線，而西部岸線影響較小。由于颶風(fēng)穿過加爾維斯頓海灣入口，在區(qū)域東面產(chǎn)生了陸上風(fēng)，而在入口西面（圖中左側(cè)）則是近海風(fēng)，這些離岸風(fēng)降低了風(fēng)暴潮的高度，并且抑制了加爾維斯頓以西的海浪傳播，所以對西面海床的整體影響較少。
圖 7 颶風(fēng)艾克期間預(yù)測的海床底部形貌變化（紅色-泥沙沉積，藍色-泥沙侵蝕）
04 小結(jié)
本文介紹的模型旨在預(yù)測泥沙遷移路徑與大小，以及因颶風(fēng)艾克導(dǎo)致的德克薩斯州海岸線沿線的海床變化和環(huán)境影響。
展開 【CAE案例】海上風(fēng)電場的三維海底地形形態(tài)變化研究
利物浦灣網(wǎng)格模型
泥沙輸運模型
泥沙輸移采用粒徑為0.23mm的推移質(zhì)，使用梅耶爾-彼得輸移公式求解輸沙率。
03 模擬結(jié)果
基于利物浦港的Burbo Bank風(fēng)電廠的模型，模擬了為期30天的大小潮流場，并結(jié)合SISYPHE模擬了風(fēng)電場海底7天內(nèi)的泥沙遷移情況。
BurboBank風(fēng)電廠樁基的湍流模擬結(jié)果
BurboBank風(fēng)電廠樁基附近泥沙在5天內(nèi)的侵蝕和堆積情況，揭示了海床在5天內(nèi)的形態(tài)變化
04 研究結(jié)論
使用三維水動力在實驗室尺度上模擬了一個圓柱體周圍的流動，對圓柱體繞流的測量結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。盡管三維水動力無法達到與CFD求解器相同的精度，但它仍然可以捕捉并表現(xiàn)流體的關(guān)鍵特征。隨后，使用三維水動力模擬了利物浦灣的海上風(fēng)電場的流場和海床形態(tài)，結(jié)果中可以清楚地看出單個樁基基礎(chǔ)后方的弱流。
05 小結(jié)
本案例是將環(huán)境仿真技術(shù)應(yīng)用于海上風(fēng)電場的樁基維護，模擬結(jié)果證明水動力仿真軟件有能力預(yù)測海上風(fēng)電場樁基周圍的水流和泥沙輸移。所以，水動力仿真軟件可應(yīng)用于海床形態(tài)變化的模擬，輔助海上風(fēng)電場運維團隊制定對應(yīng)的樁基維護策略。
限時試用，歡迎體驗！
遠算自主研發(fā)了短視頻水流測速APP，采用先進大尺度粒子圖像測速技術(shù)，實現(xiàn)快速便捷流速測量的零門檻水利工具，帶來“視頻一點，流速在手”的超強體驗，輕松、便捷地實現(xiàn)河流測速。目前遠算還上新了小程序版本，歡迎大家掃碼使用！
更多資訊可登錄格物CAE官方網(wǎng)站
https://cae.yuansuan.cn/
或關(guān)注微信公眾號【遠算云學(xué)院】
遠算在bilibili、頭條、知乎、技術(shù)鄰定期發(fā)布課程視頻等內(nèi)容
敬請關(guān)注
展開 【環(huán)境仿真專題第一講】使用TELEMAC-MASCARET研究海上風(fēng)電場的三維海底地形形態(tài)變化
因此，本研究擬用大渦模擬(LES)替代RANS湍流模型，并研究其遠場模擬的性能和精度，進而證明TELEMAC-MASCARET具有預(yù)測海上風(fēng)電場樁基周圍的水流和泥沙輸移的能力。
水動力學(xué)模型
首先基于過往的實驗數(shù)據(jù)對TELEMAC3D +LES的模型進行了驗證。
設(shè)置50米長，4米寬的研究區(qū)域。假定床層是平的，固定深度為0.54 m。直徑為0.53米的圓柱體放置在入口下游13米處。研究區(qū)域的三維網(wǎng)格每層的二維單元共282740個，縱向劃分20層。
網(wǎng)格的俯視圖
模型分別驗證了光滑床層和粗糙床層的情況。設(shè)置雷諾數(shù)為1.7×105，水深入口流速 0.326 m/s。實驗表明，該模型可以較好地模擬單樁實驗的流場。
光滑床層的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比
然后將該模型用于愛爾蘭東部海域利物浦灣的遠場模擬，該海域有Burbo Bank、North Hoyle和Rhyl Flats三個海上風(fēng)電場，分別由25、30和25個單樁風(fēng)機組成。三維網(wǎng)格水平劃分為323830個三角形單元，縱向劃分15個水平層。三角形單元大小從樁基附近的0.4 m到遠場邊界上的5500 m不等。
利物浦灣網(wǎng)格模型
泥沙輸運模型
泥沙輸移采用粒徑為0.23mm的推移質(zhì)，使用梅耶爾-彼得輸移公式求解輸沙率。
展開 
【CAE案例】推移質(zhì)輸移和河道形態(tài)變化模擬
07 小結(jié)
大多數(shù)泥沙通常是在山洪暴發(fā)期間從小河流流入大海的。據(jù)估計，小河流占地中海每年懸浮泥沙負荷的一半以上。因此，研究由于陡峭地形而引起的海洋高輸沙量的山洪事件對于全球輸沙通量研究具有重要意義。二維水動力可以很好地研究暴洪期間泥沙動力學(xué)與河流形態(tài)之間的聯(lián)系，從而對流入海洋的沉積物的運輸與堆積進行可靠有效的評估。
更多資訊可登錄格物CAE官方網(wǎng)站
https://cae.yuansuan.cn/
遠算科技在bilibili、頭條、知乎、技術(shù)鄰定期發(fā)布課程視頻等內(nèi)容
或關(guān)注微信公眾號遠算云仿真
敬請關(guān)注
【CAE案例】堤壩潰壩分析
本文則將展開講解通用二維水動力仿真軟件中二維水動力模塊和泥沙模塊耦合建立的數(shù)值二維水動力-泥沙模型（以下簡稱二維水沙模型）在潰壩方面的應(yīng)用。
02 案例展示
本文將講解法國電力集團（以下簡稱法電）的工程師使用二維水動力模塊與泥沙傳輸模塊耦合模擬潰壩過程的兩個案例。
第一個案例是建立數(shù)值模型重現(xiàn)科爾曼案例，研究一個均質(zhì)土壩由于漫壩導(dǎo)致的潰壩過程。
第二個案例中，基于第一個案例的數(shù)值研究結(jié)果，工程師對一個造雪水庫（注：造雪水庫一般服務(wù)于滑雪場）的決堤過程進行了模擬。
1. 科爾曼案例
科爾曼案例由科爾曼等人進行，是研究均質(zhì)土壩由于漫壩而潰壩的實驗。他們對均質(zhì)土壩的潰壩過程進行了研究和分析，最終得到了決堤口形狀和決堤口侵蝕率的數(shù)據(jù)。
工程師用二維水動力模塊與泥沙傳輸模塊耦合建立了二維水沙模型，意在重現(xiàn)科爾曼案例并根據(jù)實驗結(jié)果校準水沙模型參數(shù)。
在數(shù)值模型中，大壩的沙土直徑與實驗物理模型一致，為0.5 mm；初始條件設(shè)置大壩為可侵蝕，并設(shè)設(shè)置了一個初始的決口；底部設(shè)為不可侵蝕的剛性床；邊界條件設(shè)置上游水深為0.3 m，下游為自由流出；研究區(qū)域邊界處網(wǎng)格精度為10 cm，大壩處網(wǎng)格精度為2 cm，共有42200個三角形網(wǎng)格，如下圖所示。
圖1. 二維水沙模型中的網(wǎng)格和初始條件設(shè)置情況
數(shù)值模擬結(jié)果和物理實驗結(jié)果的校準與對比主要基于大壩縱向截面的形狀數(shù)據(jù)，如圖2和圖3所示。
圖2為100秒后實驗堤壩橫截面形狀變化（黑色方框線）與數(shù)值堤壩橫截面形狀變化（其余顏色的線段）的對比情況。觀察發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模型中采用默認參數(shù)值得到的結(jié)果（紫線）與實驗結(jié)果（黑色方框線）偏差較大；通過修改MPM輸沙公式中α參數(shù)（校正輸沙率）和Talmon公式β參數(shù)（校正輸沙的橫向偏差效應(yīng)）的值后，最終得到的數(shù)值結(jié)果（紅線）與實驗結(jié)果吻合度顯著提高。
展開 【CAE案例】復(fù)雜入海口水動力仿真
因此，Whiteford海岬會被嚴重侵蝕，脫落的泥沙將向北輸送，然后沉積在三角洲的岸邊。
圖6展示了兩種管理措施對泥沙輸運的影響。這兩種管理分別是拆除和恢復(fù)一個已經(jīng)破損的導(dǎo)流堤。如果移除導(dǎo)流堤，那么流速和泥沙輸運速率在堤壩被拆除的地方有所降低，但在入海口上游則有所上升。恢復(fù)導(dǎo)流堤將使水流收縮，增加了墻兩側(cè)的侵蝕，但減少了入海口上游的沉積物。
圖6 移除導(dǎo)流堤和修復(fù)導(dǎo)流堤對泥沙輸運的影響
此外，研究也發(fā)現(xiàn)，在三個案例中，如果移除部分或全部堤壩，洪水會進一步在洪泛區(qū)擴散，但河道上游的水位將降低，從而減少入海口上游低洼地區(qū)的洪水風(fēng)險。
06 小結(jié)
入海口區(qū)域一直是人口聚集區(qū)。最初是由于貿(mào)易和工業(yè)，但今天則更多的是因為人們被其優(yōu)美的自然環(huán)境所吸引。為了應(yīng)對未來氣候變化挑戰(zhàn)，沿海管理是必不可少的。通過這項研究和其他建模項目，威爾士的有關(guān)當(dāng)局現(xiàn)在已意識到仿真在幫助海岸管理方面的潛力。
07 總結(jié)
入海口的仿真具有重要意義，入海口周邊通常是一些需要保護的生態(tài)系統(tǒng)，或有大量的人類在該地區(qū)進行休閑和旅游活動。這項研究表明，二維水動力仿真是一個適合入海口研究的水動力仿真模塊，其具備良好的處理淺水問題和漫灘的能力。
文章來源遠算云仿真
展開 【十坑九漏】超大超深基坑滲漏處理技術(shù)
3、塞入填充物：如縫隙中泥沙流失較多，內(nèi)部出現(xiàn)較大孔洞時，將舊棉絮或破布塞入孔洞內(nèi)，舊棉絮或破布既可以阻止泥沙流失防止孔洞擴大，又可以透水。
4、插入導(dǎo)管：在楔形孔洞底部將拌制好的水泥平鋪一層，厚度約為孔洞的三分之一，快速將事先準備好的長度約1.5m的Φ25塑料管（管徑根據(jù)漏點水流量調(diào)整）一端插入到漏水點深處，將水管壓入平鋪的水泥內(nèi)，確認漏水點水流從管內(nèi)流走時繼續(xù)鋪拌制好的水泥固定導(dǎo)水管，見圖6。
圖6 插管引流
5、封住漏水口：將拌好的水泥團迅速塞進滲水口，將插入的導(dǎo)水管周圍全部用水泥團封住。確認漏水全部由導(dǎo)水管排出其他部位不再滲水后，在孔洞周圍延出10cm的范圍再刮壓一層，如果流水壓力較大時，可采取在圍護樁打膨脹螺絲加鋼筋網(wǎng)進行加固，固定好導(dǎo)管后在導(dǎo)管端部塞入濾網(wǎng)過濾泥沙，保證管內(nèi)只流水不帶走泥沙。
6、養(yǎng)護：養(yǎng)護不小于4h小時，如天氣炎熱，適當(dāng)噴水養(yǎng)護，見圖7。
圖7 引流養(yǎng)護
7、扎管止水：待水泥硬化滿足強度（20MPa以上）要求后，將塑料導(dǎo)水管用鉛絲扎死止水。有時由于水壓力較大，扎管后水可能從其他部位滲漏出來，依照上述方法重新進行引流封堵直至堵為止，見圖8。
圖8 引流養(yǎng)護
2.3、"外封法"堵漏
止水帷幕滲漏且漏水量較大且夾帶泥沙時，必須采用"外封"的方法進行封堵，具體做法如下：
1、在基坑內(nèi)側(cè)找到漏水源頭，清理漏水點里側(cè)及孔洞周邊，修挖時把滲漏點挖成里大外小的型式，便于安裝干海帶等膨脹材料，同時填塞棉絮減小漏水中攜帶的泥砂。
2、回填做圍堰：對漏點迅速回填土做圍堰，嚴重漏水時澆筑砼做圍堰，減少漏水對基坑的破壞。
展開 