第一章水流與沉積物相互作用的流體力學(xué)基礎(chǔ)第二章水流與沉積物相互作用的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究第三章水流與沉積物相互作用的數(shù)值模擬方法第四章水流與沉積物相互作用的三維觀測(cè)技術(shù)第五章水流與沉積物相互作用的理論模型構(gòu)建第六章水流與沉積物相互作用的工程應(yīng)用與展望01第一章水流與沉積物相互作用的流體力學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)概述：水流與沉積物相互作用的科學(xué)意義自然地理意義工程應(yīng)用意義研究?jī)?nèi)容框架科羅拉多大峽谷的形成過程三峽大壩對(duì)長(zhǎng)江水沙輸移的影響從基礎(chǔ)流體力學(xué)原理出發(fā)，結(jié)合沉積物運(yùn)移理論第2頁(yè)流體力學(xué)基礎(chǔ)：水流動(dòng)力學(xué)特性流速剖面圖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)水流湍流特性分析對(duì)數(shù)律分布的流速剖面圖展示長(zhǎng)江實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：雷諾數(shù)Re=10^5時(shí)的流速剖面湍流渦旋結(jié)構(gòu)與納維-斯托克斯方程第3頁(yè)沉積物特性：顆粒尺度與物理性質(zhì)顯微照片顆粒形狀參數(shù)沉積物級(jí)配分析不同粒徑沉積物的掃描電鏡圖像球度S對(duì)水力粗化現(xiàn)象的影響黃河口實(shí)測(cè)級(jí)配曲線與分選性第4頁(yè)相互作用機(jī)制：水流對(duì)沉積物的搬運(yùn)方式床面起動(dòng)過程躍移搬運(yùn)機(jī)制底床形態(tài)演變規(guī)律沙波形成到顆粒躍移的示意圖懸浮泥沙垂向分布的觀測(cè)數(shù)據(jù)聲吶地形測(cè)量數(shù)據(jù)與沙波遷移速度02第二章水流與沉積物相互作用的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究第5頁(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：物理模型與相似準(zhǔn)則實(shí)驗(yàn)裝置相似準(zhǔn)則應(yīng)用實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置OpenFOAM平臺(tái)的水槽實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)幾何比尺、時(shí)間比尺和流速比尺的確定不同水流強(qiáng)度下的流態(tài)變化案例第6頁(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：床面形態(tài)演變過程床面高程時(shí)間序列圖觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證不同水力梯度下的沙波遷移速度變化長(zhǎng)江實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：近床面流速梯度與剪切應(yīng)力模型預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比第7頁(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：顆粒運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)特征運(yùn)動(dòng)軌跡統(tǒng)計(jì)特征實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證記錄時(shí)間Δt=0.1s的沙粒運(yùn)動(dòng)軌跡圖躍移頻率與搬運(yùn)距離的分布模型預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比第8頁(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物理模型對(duì)自然過程的模擬規(guī)律總結(jié)模型應(yīng)用下一步研究水流-沉積物耦合系統(tǒng)的非線性特征水沙耦合系統(tǒng)的參數(shù)敏感性多相流模型的GPU加速技術(shù)03第三章水流與沉積物相互作用的數(shù)值模擬方法第9頁(yè)數(shù)值模型：CFD與Eulerian-Lagrangian混合方法模型原理相似準(zhǔn)則模型參數(shù)化二維水沙耦合模型DPM-LES的控制方程組幾何比尺、時(shí)間比尺和流速比尺的確定聲速多普勒頻移信號(hào)的頻率補(bǔ)償算法第10頁(yè)數(shù)值模擬：流場(chǎng)與顆粒運(yùn)動(dòng)的耦合求解流場(chǎng)渦旋結(jié)構(gòu)顆粒運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)模型驗(yàn)證長(zhǎng)江實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：不同含沙量下的流場(chǎng)渦旋結(jié)構(gòu)顆粒軌跡云圖與統(tǒng)計(jì)特征分布三維水沙耦合模型的預(yù)測(cè)精度第11頁(yè)數(shù)值模擬：參數(shù)不確定性分析參數(shù)敏感性分析貝葉斯優(yōu)化模型擴(kuò)展性Sobol指數(shù)法與模型預(yù)測(cè)誤差MCMC采樣與后驗(yàn)分布圖三維模型與二維模型的預(yù)測(cè)精度對(duì)比第12頁(yè)數(shù)值模擬：模型應(yīng)用與工程案例工程案例三峽水庫(kù)調(diào)度模型驗(yàn)證黃河三角洲海岸演變模擬結(jié)果不同下泄流量與含沙濃度的模擬預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比04第四章水流與沉積物相互作用的三維觀測(cè)技術(shù)第13頁(yè)觀測(cè)技術(shù)：聲學(xué)多普勒測(cè)速系統(tǒng)（ADCP）測(cè)量原理觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制聲學(xué)多普勒頻移信號(hào)的原理與測(cè)量方法長(zhǎng)江實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：流速剖面與剪切應(yīng)力基于互相關(guān)函數(shù)的信號(hào)質(zhì)量評(píng)估第14頁(yè)觀測(cè)技術(shù)：光學(xué)粒度分析儀（OPA）測(cè)量原理觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制激光散射原理與粒度分布測(cè)量長(zhǎng)江實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：沙粒粒徑分布與濃度場(chǎng)基于粒子計(jì)數(shù)率的信號(hào)質(zhì)量評(píng)估第15頁(yè)觀測(cè)技術(shù)：水下聲吶地形測(cè)量測(cè)量原理觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制聲吶地形測(cè)量的原理與測(cè)量方法長(zhǎng)江實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：海底高程與地形變化基于信號(hào)信噪比的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)第16頁(yè)觀測(cè)技術(shù)：遙感與無人機(jī)觀測(cè)SAR觀測(cè)無人機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)融合長(zhǎng)江口實(shí)測(cè)沙波形態(tài)與相干系數(shù)沙波紋理特征與三維空間分布多傳感器信息融合技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)05第五章水流與沉積物相互作用的理論模型構(gòu)建第17頁(yè)理論模型：Bagnold理論的擴(kuò)展床面剪切應(yīng)力公式沙粒搬運(yùn)通量公式理論擴(kuò)展Bagnold理論的床面剪切應(yīng)力公式Bagnold理論的沙粒搬運(yùn)通量公式考慮湍流黏性μ_t的影響第18頁(yè)理論模型：Shi的流化床模型大尺度方程小尺度方程耦合條件Shi流化床模型的大尺度方程Shi流化床模型的小尺度方程床面流化條件與剪切應(yīng)力關(guān)系第19頁(yè)理論模型：流固耦合本構(gòu)模型連續(xù)性方程動(dòng)量方程流化本構(gòu)關(guān)系流固耦合本構(gòu)模型的連續(xù)性方程流固耦合本構(gòu)模型的動(dòng)量方程流化本構(gòu)關(guān)系與剪切應(yīng)力模型第20頁(yè)理論模型：多尺度耦合模型大尺度方程小尺度方程耦合條件多尺度耦合模型的大尺度方程多尺度耦合模型的小尺度方程多尺度耦合模型的耦合條件06第六章水流與沉積物相互作用的工程應(yīng)用與展望第21頁(yè)工程應(yīng)用：海岸防護(hù)工程流場(chǎng)模擬波浪反射率沖淤變化分析長(zhǎng)江口透空式防波堤的流場(chǎng)模擬結(jié)果長(zhǎng)江口實(shí)測(cè)波浪反射率與模擬結(jié)果透空結(jié)構(gòu)對(duì)淤積的影響第22頁(yè)工程應(yīng)用：航道整治工程流場(chǎng)模擬淤積體分析沖刷深度長(zhǎng)江口丁壩的流場(chǎng)模擬結(jié)果丁壩前后的淤積體變化丁壩沖刷深度與模擬結(jié)果第23頁(yè)工程應(yīng)用：人工島建設(shè)流場(chǎng)模擬沖刷分析淤積體分析長(zhǎng)江口圍堰的流場(chǎng)模擬