山區(qū)河流一維非恒定流數(shù)學(xué)模型精度改進(jìn)方法.pdf

1、數(shù)值模型已廣泛應(yīng)用于水利水運(yùn)工程的研究、規(guī)劃和設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。一維非恒定流數(shù)學(xué)模型因其高效可靠，仍是解決實(shí)際工程問(wèn)題的主要研究手段。電站日調(diào)節(jié)水流泄放、河道（或河網(wǎng)）水流運(yùn)動(dòng)和洪水傳播河口潮波運(yùn)動(dòng)、閘門啟閉后的水波運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題，常采用一維非恒定流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬研究。
　　山區(qū)河流形態(tài)特征及動(dòng)力特征復(fù)雜多變，一維非恒定流數(shù)值模型的各個(gè)重要環(huán)節(jié)和主要參數(shù)處理不當(dāng)，會(huì)直接影響模型精度，導(dǎo)致不真實(shí)的計(jì)算結(jié)果。本文主要采用數(shù)模試驗(yàn)，輔以水槽試驗(yàn)

2、的方法，對(duì)山區(qū)河流一維非恒定流數(shù)學(xué)模型精度改進(jìn)方法開(kāi)展了研究。
　　通過(guò)6m變坡水槽復(fù)式河槽試驗(yàn)，結(jié)合大量的文獻(xiàn)資料及野外實(shí)測(cè)資料，以斷面的主槽和邊灘水深和相應(yīng)的糙率基值作為主要的研究變量，得到復(fù)式河槽中主槽和邊灘速度之比的計(jì)算表達(dá)式。結(jié)果表明，速度之比隨主槽邊灘水深比增大而增大，隨主槽邊灘糙率比增大而減小。
　　對(duì)現(xiàn)有復(fù)式河槽綜合糙率計(jì)算方法進(jìn)行了分析，根據(jù)阻力疊加原理以及連續(xù)性方程，結(jié)合本文得到的復(fù)式河槽主槽和邊灘速度之

3、比表達(dá)式，提出了考慮灘槽動(dòng)量交換的復(fù)式河槽綜合糙率確定方法，對(duì)其可行性進(jìn)行了論證。對(duì)比計(jì)算分析表明，本文提出的復(fù)式河槽的綜合糙率計(jì)算公式與水槽試驗(yàn)及野外實(shí)測(cè)資料(598組)符合較好，公式綜合反映了灘槽動(dòng)量交換，非恒定流水深變化對(duì)綜合糙率的影響。
　　對(duì)影響山區(qū)河流一維非恒定流數(shù)學(xué)模型精度的動(dòng)量修正系數(shù)、水流流態(tài)、河道彎曲及人工建筑物等影響因素進(jìn)行了分析改進(jìn)。為了使基于Saint-Venant方程組建立的一維非恒定流數(shù)學(xué)模型適用于跨

4、臨界流及急流的情況，對(duì)刪減對(duì)流加速度項(xiàng)法進(jìn)行了改進(jìn)。根據(jù)灘槽速度之比表達(dá)式得到了復(fù)式河槽動(dòng)量修正系數(shù)計(jì)算公式。根據(jù)對(duì)比分析結(jié)果，選取線性化SCS方法作為確定彎曲河道阻力的計(jì)算方法。
　　將一維非恒定流數(shù)學(xué)模型中綜合糙率、動(dòng)量修正系數(shù)及河道彎曲阻力等改進(jìn)計(jì)算方法，應(yīng)用于向家壩-重慶河段一維非恒定流數(shù)值模擬。對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果表明，改進(jìn)后模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)資料符合較好，計(jì)算結(jié)果較好的再現(xiàn)和預(yù)測(cè)了向家壩-重慶河段非恒定流的傳播特性。