山區(qū)河流一維非恒定流數(shù)學模型精度改進方法.pdf

1、數(shù)值模型已廣泛應用于水利水運工程的研究、規(guī)劃和設計等環(huán)節(jié)。一維非恒定流數(shù)學模型因其高效可靠，仍是解決實際工程問題的主要研究手段。電站日調節(jié)水流泄放、河道（或河網）水流運動和洪水傳播河口潮波運動、閘門啟閉后的水波運動等問題，常采用一維非恒定流數(shù)學模型進行模擬研究。
　　山區(qū)河流形態(tài)特征及動力特征復雜多變，一維非恒定流數(shù)值模型的各個重要環(huán)節(jié)和主要參數(shù)處理不當，會直接影響模型精度，導致不真實的計算結果。本文主要采用數(shù)模試驗，輔以水槽試驗

2、的方法，對山區(qū)河流一維非恒定流數(shù)學模型精度改進方法開展了研究。
　　通過6m變坡水槽復式河槽試驗，結合大量的文獻資料及野外實測資料，以斷面的主槽和邊灘水深和相應的糙率基值作為主要的研究變量，得到復式河槽中主槽和邊灘速度之比的計算表達式。結果表明，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。
　　對現(xiàn)有復式河槽綜合糙率計算方法進行了分析，根據(jù)阻力疊加原理以及連續(xù)性方程，結合本文得到的復式河槽主槽和邊灘速度之

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

4、臨界流及急流的情況，對刪減對流加速度項法進行了改進。根據(jù)灘槽速度之比表達式得到了復式河槽動量修正系數(shù)計算公式。根據(jù)對比分析結果，選取線性化SCS方法作為確定彎曲河道阻力的計算方法。
　　將一維非恒定流數(shù)學模型中綜合糙率、動量修正系數(shù)及河道彎曲阻力等改進計算方法，應用于向家壩-重慶河段一維非恒定流數(shù)值模擬。對比驗證結果表明，改進后模型計算結果與實測資料符合較好，計算結果較好的再現(xiàn)和預測了向家壩-重慶河段非恒定流的傳播特性。