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悬移质不平衡输沙数值模拟及河道冲淤预测

作　者: 王洪梅
导　师: 韩其为；高学平
学　校: 天津大学
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 悬移质不平衡输沙数学模型天然河道冲淤预测
分类号: TV142.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 130次
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内容摘要

一维水沙数学模型已在防洪、航运、天然河道和水库泥沙等工程领域得到广泛的应用。本文在系统分析一维非恒定水流和泥沙数学模型研究现状的基础上,结合实际的天然河道冲淤预测的应用目标,建立了一维悬移质不平衡输沙数学模型。以青铜峡~石嘴山河段为应用对象,利用数学模型进行冲淤验证,并对该河段2010年7月~2016年6月的冲淤变化做出了预测。最后,在冲淤预测的基础上,对该河段不同流量下冲淤后的水位沿程变化进行了计算。全文分为6章,各章的主要内容如下:第1章为绪论,对悬移质泥沙研究现状、主要的数值计算方法进行了系统阐述,在此基础上结合实际工程应用提出了本文的主要工作。第2章建立了悬移质不平衡输沙的数学模型,并对一些处理方法进行了系统的阐述。第3章运用概化河道的方法对悬移质泥沙粒径与床沙粒径的调整进行计算。一系列计算结果表明,本文建立的数学模型可以模拟悬移质泥沙和床沙粒径的调整规律,能很好地反映泥沙级配的变化过程。第4章为模型的应用研究,包括三方面,首先应用该数学模型对青铜峡~石嘴山河段进行冲淤验证;其次,对该河段2010年7月~2016年6月内的冲淤过程进行预测;最后,根据冲淤预测的结果,计算不同流量下河道冲淤后的沿程水位。第5章为结论和展望。对本文的工作进行总结并对今后的工作进行展望。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 悬移质泥沙研究现状  8-11
  1.3 本文的主要研究工作  11-13
第二章数学模型  13-24
  2.1 基本方程组  13-14
  2.2 方程组的求解  14-17
    2.2.1 水流连续方程和水流运动方程求解  14
    2.2.2 断面变形方程组求解  14-15
    2.2.3 含沙量方程求解  15-16
    2.2.4 淤积物级配方程求解  16
    2.2.5 悬移质级配方程求解  16-17
  2.3 有关问题的处理  17-23
    2.3.1 判断冲淤条件  17
    2.3.2 糙率变化  17-18
    2.3.3 横断面变形计算及计算公式  18-19
    2.3.4 推移质输沙律及其级配  19-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章模型概化计算及结果的合理性分析  24-34
  3.1 概化矩形河道  24
  3.2 边界条件、初始条件及相关参数  24-25
    3.2.1 边界条件  24
    3.2.2 初始条件  24-25
    3.2.3 相关参数的确定  25
  3.3 利用概化河道对悬移质泥沙在河床冲刷、淤积时粒径调整规律检验  25-33
    3.3.1 淤积时悬移质泥沙粒径调整规律检验结果  25-30
    3.3.2 冲刷时悬移质泥沙粒径调整规律检验结果  30-33
  3.4 悬沙与床沙粒径调整计算结果的合理性分析  33
  3.5 小结  33-34
第四章泥沙数学模型的应用  34-62
  4.1 概述  34
  4.2 天然河道下泥沙冲淤验证  34-39
    4.2.1 模型计算概况  34-35
    4.2.2 典型断面流量过程验证  35-36
    4.2.3 典型断面水位过程验证  36-37
    4.2.4 典型断面含沙量验证  37-38
    4.2.5 累计冲淤量验证  38-39
  4.3 天然河道下泥沙冲淤预测  39-57
    4.3.1 模型计算概况  39-40
    4.3.2 青铜峡～石嘴山河段未来6 年冲淤情况  40-42
    4.3.3 青铜峡～石嘴山河段各年冲淤情况分析  42-55
    4.3.4 部分河段未来6 年冲淤变化情况  55-57
  4.4 河道不同流量下沿程水位计算  57-61
    4.4.1 计算条件  57
    4.4.2 计算结果及分析  57-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章结论与展望  62-64
  5.1 结论  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-67
发表论文和科研情况说明  67-68
致谢  68

悬移质不平衡输沙数值模拟及河道冲淤预测

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