一维泥沙数学模型.pptxVIP

一维泥沙数学模型的基本原理;一、 基本假设及一维控制体概念 ;天然河道形态复杂多变、水流运动不规则、不均匀、不恒定 ;;一维问题的假定： 1、 水流和泥沙是一维的，各水流和泥沙运动要素在全断面上均匀分布；（渐变的） 2、水位在全河宽上水平； 3、水流运动弯曲较小，竖向加速度可忽略，静水压力分布； 4、河床纵坡较小，悬移质和推移质颗粒相互碰撞的影响可以忽略。;一维问题的数学描述： 1、 全断面由水和沙两相体占据，视为连续体； 2、 描述水沙运动的物理量如：Q、y、U、h、A、B、S、Zb沿流程均看作连续的，是时间t和距离x的连续函数；;河床的概化：;二、一维问题的基本控制方程;小漩坝址;;质量守恒原理：;（二） 浑水运动方程　　;依据牛顿第二定律，推导水流运动方程;;★控制体上作用的外力主要包括重力、压力和粘性力 ;;; 侧壁上总压力的x轴向分力，由于压力依静压确定，所以这一分力应等于两断面间河道侧壁在过水断面上的投影面积上的总压力，即：;;;压力的合力是 ;3.粘性力 粘性力主要考虑床面阻力;;;质量守恒原理：;单位时间单位面积因泥沙浓度的不均匀扩散到水体中的泥沙量（紊动扩散作用）;;三、一维水流泥沙数学模型 基本方程的应用 ;1．浑水连续方程 ;;3．泥沙连续方程 ;一维非恒定流不平衡输沙水流泥沙及河床变形方程（A） ;;;3．泥沙连续方程 ;四、一维非恒定流不平衡输沙水流泥沙数学模型的提出 ;;;小漩下坝址;;;特征线的概念;波速,特征值;四点偏心隐格式 ;;;五、一维泥沙数学模型 ;（一）一维非恒定流不平衡输沙水流泥沙数学模型;★进口边界条件：对上游进口断面给定来水（流量Q）来沙（含沙量S及其级配）过程。;河 流;★出口边界条件：对下游出口断面给定水位变化过程或给定水位流量关系曲线。 ;;（二）构成数学模型的单元;（三） 模型分类 ;三、模型分类 ;★耦合解恒定饱和输沙模型； ★耦合解恒定非饱和输沙模型； ★非耦合解恒定饱和输沙模型； ★非耦合解恒定非饱和输沙模型； ★非耦合解非恒定非饱和输沙模型； ★耦合解非恒定非饱和输沙模型 ; 非耦合解恒定饱和输沙模型;（1）将非恒定??作为恒定流处理。即取; ;（2）假定河床发生冲淤过程中，在每一个短时段内河床变形对水流条件影响不大，这样就可采用非耦合解法进行计算，对于这一点，在具体计算将设法尽可能近似地做到，即只要限制每个计算时段内冲淤量不太大即可。 （如何限制？） ;（4）平衡输沙或饱和输沙的特殊情形：如果河床冲淤相对较小，但还达不到饱和平衡的状态，可以认为实际的含沙量S与挟沙力S*将比较接近，它们之间相比较只相差一个小量⊿S，可以不区别S和S*，直接用S*来代替 S; ;二、有限差分方程求数值解 ;; 三、计算步骤 （1）将计算河段划分为若干子河段，每一子河段的上、下断面即为该子河段的进出口断面。;(2)按成对的“起点距、高程”的方式输入各断面的横断面图形态(初始条件)，编小的子程序计算各断面的有关工作曲线；如水位Y～河宽B（湿周）～水深h关系曲线，水位Y～过水断面面积A关系曲线等。 ;(3)将计算流量过程线划分成由若干短时段组成的梯级恒定流(上游边界条件)。;(4)取计算河段下游断面的水位作为控制水位(下游边界条件)，并划分为与上游流量过程梯级相对应的水位梯级。 此水位的确定视问题的性质不同而异。如为天然河流应由水位流量关系确定；如系受工程控制的河流，例如水库，就由水库调度运用图确定。; (5)输入或用悬移质水流挟沙力计算河段上游入口断面在一定流量下通过的悬移质含沙量 (边界条件)。 (6)上述有关工作曲线、水位、流量、悬移质含沙量的输入或计算作为子程序待用。;(8)用悬移质挟沙力公式依次计算各断面平均悬移质含沙量 ;; 非耦合解恒定非饱和输沙模型 ;（一）基本方程(均匀沙) ;（二） 有限差分方程求数值解 ;悬移质连续方程的求解;淤积时可取0.25，冲刷时可取1.0; 非耦合解非恒定非饱和输沙模型;;;;;;三、含沙量及河床变形计算 ;; 一维泥沙数模;二、天然河道糙率的确定;★对一般河道河床变形计算问题而言，在有实测资料的条件下，也可用动床阻力计算公式估算。;水库淤积计算，糙率确定的关键点 ;★事先大致估算可能出现的水力因素的范围，然后应用上述糙率与水力因素的关系曲线确定糙率，作为水库未淤积（空库）时的糙率。;在常年回水区，平均糙率基本上无变化，建库后与建库前糙率的比值，n／n0约为0.95～1.13；在变动回水区，糙率减小较多，n／n0约为0.63～0.96，不同水库差别较大。;原因：在变动回水区，由于水深较小，边壁影响不大，床沙细化的影响起主导作用，因而较建库前糙率减小较多。 在常