基于有效剪力的Delft3D泥沙输运模型改进及应用-泥沙研究

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基于有效剪力的Delft3D泥沙输运模型改进及应用

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研究背景与问题

研究背景：随着河口地区水资源管理和环境保护需求的日益增长，河口泥沙输运模型在模拟和预测河口地区的水沙运动过程中起着至关重要的作用。Delft3D是一款广泛使用的泥沙输运模型，但其默认的泥沙模块存在粒径划分与输运公式选择失配的问题，特别是在模拟“水沙两相流”特征时，导致含沙量被系统性高估，影响了模型的准确性和实用性。问题提出：针对上述问题，本研究分析了Delft3D模型在河口数字孪生中的应用局限性，即默认的粒径划分与输运公式无法准确捕捉紊流猝发下的床沙、推移质与悬移质的动态互转过程，从而影响了模型对含沙量的预测精度。

研究方法

本研究提出了两项针对Delft3D模型的改进措施。首先，针对粒径划分问题，取消了经验性粒径阈值，使输运项与颗粒谱（包括细粒絮凝、粗粒起动等）实现动态匹配。其次，为了更精确地模拟水沙两相流的动力学行为，引入了动态互转机制，以考虑床沙、推移质与悬移质在不同紊流强度下的动态变化。在模型改进的基础上，本研究采用了一系列数值模拟实验，以验证改进后的Delft3D模型在河口数字孪生中的应用效果。实验通过对比分析改进前后的模型模拟结果，评估了改进措施对模型准确性的影响。

核心结果

研究发现，改进后的Delft3D模型在模拟床沙、推移质与悬移质的动态互转方面表现显著，能够更准确地预测河口地区的含沙量。通过对多个河口案例分析，结果表明，改进后的模型在模拟精度和稳定性方面均有显著提升，为河口数字孪生提供了更加可靠的技术支持。

结论与意义

本研究通过对Delft3D泥沙输运模型的改进，解决了原有模型在模拟河口“水沙两相流”特征时的局限性。改进后的模型在模拟精度和实用性方面均有所提高，为河口地区的水资源管理和环境保护提供了重要的技术支持。本研究成果不仅有助于推动Delft3D模型在河口数字孪生中的应用，也为其他类似泥沙输运模型的改进提供了参考。

文章来源：《泥沙研究》网址: http://www.nishayanjiu.cn/qikandaodu/2026/1027/326.html