基于HEC RAS与ANSYS模拟的阿拉伯河河口剪切应力与流速剖面研究及其对侵蚀-沉积过程的启示

本研究针对阿拉伯河(Shatt Al-Arab River)河口因侵蚀沉积导致的国际边界线(Thalweg Line)偏移问题，采用HEC RAS 2D和ANSYS 3D耦合模拟技术，揭示了最大剪切应力(3.88 Pa)与流速(1.05 m/s)集中区导致河床最深点向伊拉克侧偏移2公里的机制，为跨境河流治理提供关键水力参数。RMSE验证值0.07-0.09证实模型可靠性，18%流速差异和25%剪切应力差异凸显三维模拟优势。

　　

阿拉伯河作为伊拉克与伊朗的界河，其河口区域的侵蚀沉积过程直接关系到国际边界线的稳定性。近年来，河床最深点(Thalweg Line)持续向伊拉克领土偏移，1975至2013年间最大偏移量达2公里，这不仅威胁航道安全，更涉及国家主权与石油出口通道等战略问题。马来西亚国能大学(Universiti Tenaga Nasional)的Alwan Iman团队在《Results in Engineering》发表的研究，首次采用HEC RAS 2D与ANSYS Fluent 3D耦合建模方法，揭示了这一跨境水文争端的流体力学本质。

研究团队运用两大核心技术：1) HEC RAS 2D采用浅水方程(Shallow Water Equations)进行全流域模拟，曼宁系数n=0.0218，Courant数控制计算稳定性；2) ANSYS Fluent通过VOF(Volume of Fluid)多相流模型实现局部高精度三维模拟，采用k-ω SST湍流模型，192GB内存工作站耗时75天完成2公里河段计算。伊拉克水资源部提供的92000个地形点与2013年实测数据构成建模基础。

研究结果部分：

1. 模型验证：HEC RAS水位模拟RMSE=0.09，ANSYS流速验证RMSE=0.01-0.07，相关系数最高达0.98。

2. 水力特征：最大流量4810 m³/sec出现在河口(0+000断面)，对应剪切应力3.44 Pa；偏移起始区(2+000断面)流速0.9 m/s较伊朗侧高72%。

3. 空间分布：ANSYS显示剪切应力峰值(1.995 Pa)比HEC RAS高115%，且沿350-370米区间呈10米/500米的系统性右偏。

4. 软件对比：三维模型的平均流速预测值较二维模型高18%，剪切应力差异达25%，尤其在河床起伏区ANSYS能捕捉更精细的涡流结构。

结论表明，伊拉克侧2-9公里区间的持续侵蚀源于复合流体力学效应：1) 科里奥利力(Coriolis force)导致右侧流速增加；2) 床面剪切应力梯度引发泥沙横向输运。研究建议采用人工粗糙单元(D₅₀=0.027 mm)进行河床加固，并为《阿尔及尔协议》边界谈判提供科学依据。该工作开创性地将工程软件应用于地缘水文争端分析，其"二维宏观+三维微观"的建模范式为复杂河口治理提供了新思路。