二维水沙和温度及浓度场数学模型与应用-长江科学院.PDF

第2 3 卷第3 期 长　江　科　学　院　院　报 Vol.23 No.3 2 0 0 6 年 6 月 Journal of Yangtze River Scientific Research Institute Jun.2 0 0 6 　　文章编号:1001 5485(2006)03 0001 04 二维水沙和温度及浓度场数学模型与应用 张　杰, 张细兵, 王宝成 (长江科学院河流研究所, 武汉　430010) 摘要:根据水流泥沙运动和水质(温度及浓度)扩散传播基本理论, 建立了平面二维水流泥沙和温度及浓度场数学 模型, 以之研究水库、河道、河口水流及其输移物质运动规律, 并采用有限体积法和有限元法来离散和求解这些模 型方程组, 用以模拟河道水流及其输移物质运动规律。该模型计算过程稳定, 计算速度快, 已在诸多工程中广泛应 用, 并得到原型观测成果的检验。 关　键　词:数学模型;有限体积法;有限元法;河床变形;温度及浓度 中图 类号:TV 131.4;TV142　　　文献标识码:A 　　水库、河道和河口等涉水的整治、开发利用工程 式中:c 为谢才系数;f 为科氏力系数;τ, τ为水 sx sy 规划设计往往需要借助于水流泥沙及水质(温度、浓 面风应力。 度)数学模型, 进行水流运动、河床冲淤变形及水环境 1.1.2　泥沙方程及河床变形方程 影响的定量和定性评估, 水沙和水质数学模型逐渐成 悬移质:假定非均匀沙第i 组泥沙S i 同样遵循 为研究河水流及其输移物质运动的一种重要手段。 均匀沙的输移扩散规律, 则其方程为 本文根据水沙运动和温度及浓度扩散传播基本理论 H S i HS i H S i +U + V = 建立起来的微 方程来描述水流及其输移物质的运 t x y 2 2 动和 布, 并采用一定的数值计算方法(有限体积法 H S i H S i εs ( 2 + 2 )-αωi (S i -S ＊)。 (4) 和有限元法)和处理方法来求解这些微 方程组以达 x y i 到模拟河道水流及其输移物质运动的目的。 　　推移质:输沙率方程采用长江科学院提出的推 移质输沙经验曲线, 其关系式为 1 - 1　数学模型 Vd ～ g b , Vd = m +1 H m U ,