河流悬移质泥沙冲淤数学模型导论2006.12.pdf

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 河流悬移质泥沙冲淤数学模型导论 林秉南 中国水利水电科学研究院 北京 国际泥沙研究培训中心 北京 关键词 不恒定流 悬移质泥沙 水沙变化信息 冲淤数模 中图分类号 文献标识码 天然河流一般为不恒定流 对天然河流的悬移质冲淤数模应以不恒定流运动方程为依据才能模拟 水沙运动变化讯息传递的不同步 从而选取配套的变数进行计算 这一点对于狭长而深的水流尤为重 要 下文作一简要说明 水沙运动基本方程 假定复式断面如图示 图 复式河道示意 根据图 可得水流运动基本方程如下 连续方程 收稿日期 作者简介 林秉南 福建莆田人 博士 教授级高级工程师 中国科学院院士 主要从事水力学及河流动力学方面的研究 动量方程 式中 为水面总宽度 为流量 为侧向入流流量按单位河流长度计 为断面平均流速 为断面 面积 为水面坡降 为主槽水面宽度 为 和 的定义见图 这是一对双曲线型偏微分方程 其特征方程为 此处 式 和式 给出水情变化信息的传递速 另一方面 根据窦国仁公式 可推得悬移质不平衡输移方程近似为 式中 为悬移泥沙的含沙量 为沉积物的空隙系数 为恢复饱和系数 为沉降速度 为水深 为输沙能力 由此可得 式 给出悬移质含沙量变化信息传递速 水情和沙量变化信息的传递 式 和 表明水情变化信息传递速大于含沙量变化信息传递速 这也可定性地说明在洪水中何 以通常洪峰先到 悬移质沙峰后到 所以在洪水或不恒定流中水流变化和含沙量的变化是有相位差或 不同步的 水深愈大这种相位差也愈大 随着计算流程的增大 这种相位差也愈大 这种情况是恒定 流 包括拟恒定流 悬移质冲淤数学模型不能模拟的 所以根据恒定流模型算得的水深 流速和含沙量 必然是失真的 一维悬移质冲淤模型的实例见文献 后记 对于推移质运动的模拟问题当另文讨论 参 考 文 献 周建军 林秉南 责任编辑 李福田