1、 一維泥沙數(shù)學(xué)模型的基本原理一維泥沙數(shù)學(xué)模型的基本原理2012.102012.10一、一、 基本假設(shè)及一維控制體概念基本假設(shè)及一維控制體概念 天然河道形態(tài)復(fù)雜多變、水流運(yùn)動(dòng)不規(guī)則、不均勻、不恒定天然河道形態(tài)復(fù)雜多變、水流運(yùn)動(dòng)不規(guī)則、不均勻、不恒定 天然河道中不存在一維運(yùn)動(dòng)天然河道中不存在一維運(yùn)動(dòng)zyx水流方向縱剖縱剖面形面形狀？狀？橫斷面橫斷面形狀？形狀？一維控制體一維控制體（微小河段）（微小河段）一維問題的假定：一維問題的假定：1 1、 水流和泥沙是一維的，各水流和泥沙是一維的，各水流和泥沙運(yùn)動(dòng)要素在全斷面水流和泥沙運(yùn)動(dòng)要素在全斷面上均勻分布；（漸變的）上均勻分布；（漸變的）2 2、水位在全

2、河寬上水平；、水位在全河寬上水平；3 3、水流運(yùn)動(dòng)彎曲較小，豎向加、水流運(yùn)動(dòng)彎曲較小，豎向加速度可忽略，靜水壓力分布；速度可忽略，靜水壓力分布；4 4、河床縱坡較小，懸移質(zhì)和推、河床縱坡較小，懸移質(zhì)和推移質(zhì)顆粒相互碰撞的影響可以移質(zhì)顆粒相互碰撞的影響可以忽略。忽略。一維問題的數(shù)學(xué)描述：一維問題的數(shù)學(xué)描述：1 1、 全斷面由水和沙兩相體占據(jù)，視為連續(xù)體；全斷面由水和沙兩相體占據(jù)，視為連續(xù)體；2 2、 描述水沙運(yùn)動(dòng)的物理量如：描述水沙運(yùn)動(dòng)的物理量如：Q Q、y y、U U、h h、A A、B B、S S、Z Zb b沿流程均看作連續(xù)的，是時(shí)間沿流程均看作連續(xù)的，是時(shí)間t t和距離和距離x x的連續(xù)

3、函數(shù)；的連續(xù)函數(shù)；* * 描述水沙運(yùn)動(dòng)的基本物理定律，主要是描述水沙運(yùn)動(dòng)的基本物理定律，主要是質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律和和牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律。用以建立。用以建立渾水、泥沙的連續(xù)方程和渾渾水、泥沙的連續(xù)方程和渾水運(yùn)動(dòng)方程水運(yùn)動(dòng)方程。河床的概化：河床的概化：河道的概化：河道的概化：斷面的概化：斷面的概化：天然河道周界高天然河道周界高低不平，概化成低不平，概化成子斷面（梯形或子斷面（梯形或三角形）面積之三角形）面積之和。和。(z(z1 1,y,y1 1) )(z(zi i,y,yi i) )(z(zN N,y,yN N) )水流、懸移質(zhì)和溶解質(zhì)水流、懸移質(zhì)和溶解質(zhì)推移質(zhì)推移質(zhì)河床沖淤可

4、動(dòng)層河床沖淤可動(dòng)層原始河床原始河床二、一維問題的基本控制方程二、一維問題的基本控制方程小漩下壩址小漩上壩址潘口壩址T16T17T18T19T20T22T23T77T76T75T74T73T72T71T70T69T68T67T66T65T63 T62T61T60T59T58T57T56T55T54T53T52T51T50T49T48T47T46T45T44T43T42T40T39T38T37T36T35T34T33T32T31T30T29T27T26T25T24T28T41T64小漩壩小漩壩址址潘口潘口壩址壩址一維問題的控制體一維問題的控制體-微小河段微小河段小漩下壩址小漩上壩址潘口壩址T16T

5、17T18T19T20T22T23T77T76T75T74T73T72T71T70T69T68T67T66T65T63 T62T61T60T59T58T57T56T55T54T53T52T51T50T49T48T47T46T45T44T43T42T40T39T38T37T36T35T34T33T32T31T30T29T27T26T25T24T28T41T64（一）渾水連續(xù)方程（質(zhì)量守恒原理）（一）渾水連續(xù)方程（質(zhì)量守恒原理）單一河道單一河道,無支流入?yún)R無支流入?yún)R邊界面邊界面:上斷面、上斷面、下斷面、下斷面、水面、水面、河底河底UAdtmm流進(jìn)xUAdtxUAdtmmm)(流出xAxAmm00時(shí)

6、段初dtxAxAdtxAxAmmm)(t)(t0000時(shí)段末m 為過水?dāng)嗝嫔蠟檫^水?dāng)嗝嫔系钠骄鶞喫芏?，的平均渾水密度，U U是是平均流速平均流速; ; 0是床沙的飽和濕密是床沙的飽和濕密度（床沙與飽和空度（床沙與飽和空隙水的混合密度）隙水的混合密度）質(zhì)量守恒原理：質(zhì)量守恒原理：UAdtmm流進(jìn)xUAdtxUAdtmmm)(流出xAxAmm00時(shí)段初dtxAxAdtxAxAmmm)(t)(t0000時(shí)段末 為過水?dāng)嗝嫔蠟檫^水?dāng)嗝嫔系钠骄鶞喫芏?，的平均渾水密度，U U是是平均流速平均流速; ; 0是床沙的飽和濕密是床沙的飽和濕密度（床沙與飽和空度（床沙與飽和空隙水的混合密度隙水的混合密度m時(shí)段

7、初時(shí)段末流出流進(jìn)mmmm-0)()(00tAAUxAtmm（二）（二） 渾水運(yùn)動(dòng)方程渾水運(yùn)動(dòng)方程邊界面邊界面:上斷面、上斷面、下斷面、水面、下斷面、水面、河底河底因水體中渾水運(yùn)動(dòng)速度比可沖因水體中渾水運(yùn)動(dòng)速度比可沖淤體中渾水運(yùn)動(dòng)速度大得多淤體中渾水運(yùn)動(dòng)速度大得多,這這時(shí)主要研究流動(dòng)占優(yōu)的水體時(shí)主要研究流動(dòng)占優(yōu)的水體Fma牛頓第二定律，推導(dǎo)水流運(yùn)動(dòng)方程牛頓第二定律，推導(dǎo)水流運(yùn)動(dòng)方程FdtdUmFdtdUxAm依據(jù)牛頓第二定律，推導(dǎo)水流運(yùn)動(dòng)方程依據(jù)牛頓第二定律，推導(dǎo)水流運(yùn)動(dòng)方程FxUUtUxAm)（一維控制體概念一維控制體概念y yz zz zz z控制體上作用的外力主要包括重力、壓力和粘性力控制

8、體上作用的外力主要包括重力、壓力和粘性力 1 1、重力、重力重力在重力在x x軸上（順?biāo)鞣较颍┑耐队笆禽S上（順?biāo)鞣较颍┑耐队笆莃mxigAG 2 2、壓力、壓力（1 1）過水?dāng)嗝妫┻^水?dāng)嗝?-11-1和和2-22-2上的上的壓力差在壓力差在x x軸上的投影軸上的投影（2 2）側(cè)壁上的總壓力（當(dāng)河）側(cè)壁上的總壓力（當(dāng)河道展寬或縮窄時(shí)道展寬或縮窄時(shí)) )在在x x軸上的投影。軸上的投影。 3.3.粘性力粘性力粘性力主要包括床面阻力、自由表面的風(fēng)應(yīng)力粘性力主要包括床面阻力、自由表面的風(fēng)應(yīng)力 2 2、壓力、壓力（1 1）過水?dāng)嗝妫┻^水?dāng)嗝?-11-1和和2-22-2上的壓力差在上的壓力差在x x軸

9、上的投影軸上的投影（2 2）側(cè)壁上的總壓力（當(dāng)河道展寬或縮窄時(shí)）側(cè)壁上的總壓力（當(dāng)河道展寬或縮窄時(shí)) )在在x x軸上的投影。軸上的投影。 Abdyyhhhc0)(斷面形心淹沒深度，斷面形心淹沒深度，加權(quán)平均加權(quán)平均壓力作用點(diǎn)壓力作用點(diǎn)dyhmbdyyhgP01 - 1)(斷面 側(cè)壁上總壓力的側(cè)壁上總壓力的x x軸向分力，由于壓力依靜壓確定，所以這一軸向分力，由于壓力依靜壓確定，所以這一分力應(yīng)等于兩斷面間河道側(cè)壁在過水?dāng)嗝嫔系耐队懊娣e上的總分力應(yīng)等于兩斷面間河道側(cè)壁在過水?dāng)嗝嫔系耐队懊娣e上的總壓力，即：壓力，即：0()hlmbPg hxdxyybdyyhghm)(00()hlmbPg hxdx

10、yyxb lPxb lPy y為積分變量，取值范圍為積分變量，取值范圍0,h0,hb b為河寬，當(dāng)河道擴(kuò)展時(shí)為河寬，當(dāng)河道擴(kuò)展時(shí) 0 0，0 0（指向下游）；（指向下游）； 0 0，0 (0 (指向上游指向上游) )。bdyyhghm)(0當(dāng)河道收縮時(shí)，當(dāng)河道收縮時(shí)，AghPcm1)(2xAghxAghPcmcm壓力的合力是壓力的合力是 lPPPP210()hlmbPg hxdxyyAbdyyhhhc0)(壓力的合力是壓力的合力是 lPPPP210()()hmcmbgh Ag hydyxxx 0()cmmmcchmhAgAghgh Axxxbg hydyxx Abdyyhhhc0)(hhchc

11、xAhdyxbyhAxhxAbdyyhAbdyyhxxhA000)()(1)(hhchcxAhdyxbyhAxhxAbdyyhAbdyyhxxhA000)()(1)(xxgAhxhgAPmcm)(3(1/)(1)1(1)10000.62(/)2.65mssssssskg m3(1/)(1)1(1)10000.62(/)2.65mssssssskg mxxsgAhxhgAPscm)(上下斷面上下斷面h的變化的變化 分析壓力合力的正負(fù)分析壓力合力的正負(fù)?hxbfmbixxAgxxgAiTbfm3.3.粘性力粘性力粘性力主要考慮粘性力主要考慮床面阻力床面阻力b是床面摩阻應(yīng)力；是床面摩阻應(yīng)力；是斷面濕

12、周。是斷面濕周。可依均勻流阻力規(guī)律確定可依均勻流阻力規(guī)律確定水力坡水力坡度度,可用可用曼寧公曼寧公式反推式反推渾水運(yùn)動(dòng)方程渾水運(yùn)動(dòng)方程)(fbSmciigxSghxhgxUUtU重力重力阻力阻力xiigAxxSAghxxhgAxUUtUxAFxUUtUxAfbmScmmm)()()（0fgitUxUUxYg清水清水)()(fbiigAxhgAQUxtQ壓力壓力xSgAhSmc渾水渾水邊界面邊界面:上斷面、上斷面、下斷面、下斷面、水面、水面、河底河底SUAdtG流進(jìn)xSUAdtxSUAdtG)(流出xAxSAG0時(shí)段初dtxAxAdtxSAxSAG)(t)(t00時(shí)段末S S為過水?dāng)嗝嫔系臑檫^水

13、斷面上的平均含沙量平均含沙量; ; 是床沙干密度是床沙干密度 （三）（三） 泥沙連續(xù)方程泥沙連續(xù)方程 控制控制體單體單元元質(zhì)量守恒原理：質(zhì)量守恒原理：時(shí)段初時(shí)段末流出流進(jìn)G-G-GGSUAdtG流進(jìn)xSUAdtxSUAdtG)(流出xAxSAG0時(shí)段初dtxAxAdtxSAxSAG)(t)(t00時(shí)段末0)()()(0 xAUStAtAStyySSbybb0單位時(shí)間單位面積因泥沙濃度的不均勻擴(kuò)散到水體中的泥沙量（紊動(dòng)擴(kuò)散作用）單位時(shí)間單位面積因泥沙濃度的不均勻擴(kuò)散到水體中的泥沙量（紊動(dòng)擴(kuò)散作用）單位時(shí)間單位面積落淤單位時(shí)間單位面積落淤到床面上的泥沙（重力到床面上的泥沙（重力作用）作用） y y

14、*bbbysys（四）河床變形方程（四）河床變形方程tAssBbbb0*)(Ssb/1*2/ SsbtASSB0*21)(恢復(fù)飽和系數(shù)恢復(fù)飽和系數(shù)0)()(00tAAUxAtmm0)()(0tAAUSxASt),(*HUSS )()(fbSmciigAxSgAhxhgAQUxtQ一維非恒定不平衡水流泥沙數(shù)學(xué)模型（基本方程部分）一維非恒定不平衡水流泥沙數(shù)學(xué)模型（基本方程部分）三、一維水流泥沙數(shù)學(xué)模型三、一維水流泥沙數(shù)學(xué)模型 基本方程的應(yīng)用基本方程的應(yīng)用 1 1渾水連續(xù)方程渾水連續(xù)方程 0)()(00tAAUxAtmm0)()(0tAAUSxAStSSmS000tAxQtA對于低含沙量的渾水對于低

15、含沙量的渾水m BhA 00BhABhUUAQ若若河道斷面可以概化為等寬矩形斷面河道斷面可以概化為等寬矩形斷面時(shí)：時(shí)： 0)(0thhUxth微沖微淤情況微沖微淤情況,強(qiáng)沖淤狀態(tài)不成立強(qiáng)沖淤狀態(tài)不成立 0 xQtAtA0 tA 取水位和流量作為因變量取水位和流量作為因變量 tyyAtAByA0 xQtyB0 xQ對于恒定流或漸變流，無支流入?yún)R或分流對于恒定流或漸變流，無支流入?yún)R或分流 Q=const 2.2.渾水運(yùn)動(dòng)方程渾水運(yùn)動(dòng)方程 低含沙量時(shí)低含沙量時(shí)0 xs( (含沙量的量級含沙量的量級1 1，x x的量級的量級100)100)3/422RnUif)()(fbiigAxhgAQUxtQ圣圣

16、維南維南方程方程 忽略斷面平均含沙量的沿程變化忽略斷面平均含沙量的沿程變化 fixyxUgUtUg1fiygUx)2(2ligUygUyf22222211恒恒定定流流)()(fbSmciigAxSgAhxhgAQUxtQ)(fbSmciigxSghxhgxUUtU3 3泥沙連續(xù)方程泥沙連續(xù)方程 0)()(0tAQSxASt0)(tAS恒定流恒定流0)(0tAQSxtASSB0*21)(0)()()(*BSSQSxASt0)()()(*SSqSxhSt等寬的矩形斷面等寬的矩形斷面 )(*SSqxs恒定流恒定流存在解析解存在解析解)(*SSqdxds一維非恒定流不平衡輸沙水流泥沙及河床變形方程（一

17、維非恒定流不平衡輸沙水流泥沙及河床變形方程（A） 00tAxQtA)()(fbiigAxhgAQUxtQ0)()(0tAQSxASttASSB0*21)(變量變量: A、 A0 、Q 、 S 微沖微淤情微沖微淤情況況,強(qiáng)沖淤狀強(qiáng)沖淤狀態(tài)不成立態(tài)不成立 一維非恒定流不平衡輸沙水流泥沙及河床變形方程一維非恒定流不平衡輸沙水流泥沙及河床變形方程（B） 1 1渾水連續(xù)方程渾水連續(xù)方程 00tAxQtA取水位和流量取水位和流量作為因變量作為因變量 tYYAtABYA00tAxQtYBtA0 tA 0 xQtYB變量變量: Y、 A0 、Q 、 S2.2.渾水運(yùn)動(dòng)方程渾水運(yùn)動(dòng)方程 xyib0)()(fbi

18、igAxhgAQUxtQ圣圣維南方程維南方程 3/422)(RnUgAxYgAQUxtQ3/4222)/()()(BAAnQgxYgAAQxtQ3 3泥沙連續(xù)方程泥沙連續(xù)方程 tASSB0*21)(4 4河床變形方程河床變形方程 0)()()(*21SSBQSxASt)(*21SSBxQSxSQtSAtYBStYYAtABYA四、一維非恒定流不平衡輸沙水四、一維非恒定流不平衡輸沙水流泥沙數(shù)學(xué)模型的提出流泥沙數(shù)學(xué)模型的提出 )(*210SSBtA0 xQtYB+定解條件定解條件(初始條件初始條件+邊界條件邊界條件) 基本控制基本控制方程方程(泛定方泛定方程程)泛定方程提供解決各類問題的依據(jù)泛定方

19、程提供解決各類問題的依據(jù)定解條件是解決問題的特殊信息定解條件是解決問題的特殊信息定解問題定解問題物理解物理解每每一時(shí)刻各變量一時(shí)刻各變量沿空間的分布沿空間的分布3422222)/(2)(BAAQQgnxAAQxQAQxYABQgAtQY)(*21SSBxQSxSQtYBStSA0 xQtYB0ASQYfRxfFtfE3422222)/(2)(BAAQQgnxAAQxQAQxYABQgAtQY四、方程的共性四、方程的共性 )(*21SSBxQSxSQtYBStSA)(*210SSBtA小漩下壩址小漩上壩址潘口壩址T16T17T18T19T20T22T23T77T76T75T74T73T72T71

20、T70T69T68T67T66T65T63 T62T61T60T59T58T57T56T55T54T53T52T51T50T49T48T47T46T45T44T43T42T40T39T38T37T36T35T34T33T32T31T30T29T27T26T25T24T28T41T64小漩下小漩下壩址壩址小漩小漩上壩上壩址址潘口潘口壩址壩址小漩下壩址小漩上壩址潘口壩址T16T17T18T19T20T22T23T77T76T75T74T73T72T71T70T69T68T67T66T65T63 T62T61T60T59T58T57T56T55T54T53T52T51T50T49T48T47T46T

21、45T44T43T42T40T39T38T37T36T35T34T33T32T31T30T29T27T26T25T24T28T41T64物理解物理解每一時(shí)刻各變量沿空間分布（時(shí)空連續(xù)性）每一時(shí)刻各變量沿空間分布（時(shí)空連續(xù)性）數(shù)值解數(shù)值解連續(xù)的問題離散化連續(xù)的問題離散化時(shí)間層時(shí)間層 空間層空間層 xj(),tnnjYnjQ數(shù)值方法表達(dá)數(shù)值方法表達(dá)njSnjA0差分方法差分方法顯格式顯格式隱格式隱格式0)1 (111njnjnjffxtafxta0 xfatf)(11ffffnjnjnjnjxtanLnjff1特征線方法特征線方法在在兩點(diǎn)兩點(diǎn)構(gòu)成的構(gòu)成的網(wǎng)格中插值網(wǎng)格中插值向前差分、向后差分、迎風(fēng)

22、格式向前差分、向后差分、迎風(fēng)格式L特征線的概念特征線的概念在一維問題的在一維問題的tx平面上，擾動(dòng)傳播的軌跡線即特征線。平面上，擾動(dòng)傳播的軌跡線即特征線。 Rxfatf0 xfatf自由項(xiàng)為零自由項(xiàng)為零 系數(shù)為常數(shù)系數(shù)為常數(shù)a a dtdxxftfdtdf對流項(xiàng)對流項(xiàng)對流項(xiàng)對流項(xiàng)無阻尼的純無阻尼的純對流方程對流方程 0dxadtdfdt 當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)波速波速,特征值特征值初始小擾動(dòng)保持不變的波形初始小擾動(dòng)保持不變的波形沿特征線傳播沿特征線傳播f（x，t）X軸上的初始小擾軸上的初始小擾動(dòng)動(dòng)f（x，0）constatxxftxf)() 0 ,(),(特征線方程特征線方程確定了在確定了在特征線上特征線上

23、所應(yīng)滿足所應(yīng)滿足的關(guān)系的關(guān)系特征線方法：在特征線方法：在特征線上把偏微分特征線上把偏微分方程組化為方程組化為常微分常微分方程組方程組求解求解0dxadtdfdt 當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)四點(diǎn)偏心隱格式四點(diǎn)偏心隱格式 普列斯曼格式普列斯曼格式（PreissmannPreissmann）顯格式對時(shí)間步長顯格式對時(shí)間步長 t要施加限制要施加限制, 有限差分的隱格式較為常有限差分的隱格式較為常用得到發(fā)展，用得到發(fā)展，1960年發(fā)展起來的年發(fā)展起來的Preissmann格格式式, ,其離散方其離散方式實(shí)際是一個(gè)四點(diǎn)隱格式式實(shí)際是一個(gè)四點(diǎn)隱格式 )1 (PLRUD相當(dāng)于相當(dāng)于在在四點(diǎn)四點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)格中的一點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)格中的一

24、點(diǎn)P P處展開所建立的格式處展開所建立的格式MtfffftfftfnjnjnjnjDUP2)()(1111xffffxffxfnjnjnjnjLRP)(1)(11112)(1 ()()1 (111121njnjnjnjDUnjPffffffffnjnjLfff)1 (1njnjRfff111)1 ()(21111njnjUfff)(211njnjDfff)1(PLRUDM0 xcutcxCCtuCCnjnjnjnj11njnjnjCCxtuCxtu111)1 ()1 (PLRUD)(12212111321njnjnjnjjjjffxutffaxutaxuta0312111jnjjnjjaCaC

25、a 以純對流以純對流方程為例方程為例理解顯格式、隱格式、理解顯格式、隱格式、PressmainnPressmainn格式格式顯格式顯格式隱格式隱格式PressmainnPressmainn格式格式M五、一維泥沙數(shù)學(xué)模型五、一維泥沙數(shù)學(xué)模型 （一）一維非恒定流不平衡輸沙水流泥沙數(shù)學(xué)模型（一）一維非恒定流不平衡輸沙水流泥沙數(shù)學(xué)模型tASSB0*21)(0 xQtYB+定解條件定解條件(初始條件初始條件+邊界條件邊界條件) 基本控制方程基本控制方程(泛定方程泛定方程)泛定方程提供解決各類問題的依據(jù)泛定方程提供解決各類問題的依據(jù)定解條件是解決問題的特殊信息定解條件是解決問題的特殊信息定解問題定解問題3

26、422222)/(2)(BAAQQgnxAAQxQAQxYABQgAtQY)(*21SSBxQSxSQtSAtYBS3/4222)/()()(BAAnQgxYgAAQxtQ0)()()(*21SSBQSxASt進(jìn)口邊界條件：對上游進(jìn)口斷面給定來水（流量進(jìn)口邊界條件：對上游進(jìn)口斷面給定來水（流量Q Q）來沙）來沙（含沙量（含沙量S S及其級配）過程。及其級配）過程。6月11日 9月30日050001000015000200002500030000350004000045000500001112131415161718191101時(shí)間（天）流量（m3/s）監(jiān)利城陵磯漢江河 流水文站 小于某粒徑(m

27、m)的沙重百分?jǐn)?shù)中數(shù)中數(shù)粒徑粒徑系列0.0070.010.0250.050.10.250.51漢 江安康20.829.254.476.493.89899.31000.02219721988年月 河長槍鋪18.526.149.874.49497.8991000.02519721988年出口邊界條件：對下游出口斷面給定水位變化出口邊界條件：對下游出口斷面給定水位變化過程或給定水位流量關(guān)系曲線。過程或給定水位流量關(guān)系曲線。 6月 11日 9月 30日171921232527291112131415161718191101111時(shí) 間 （ 天 ）水位（m）初始條件為：初始條件為：給定給定初始初始(起始

28、起始)時(shí)刻計(jì)算河段的地形（時(shí)刻計(jì)算河段的地形（橫斷面形狀橫斷面形狀，一般從左岸的某一基準(zhǔn)點(diǎn)按起點(diǎn)距、高程的形式輸入）一般從左岸的某一基準(zhǔn)點(diǎn)按起點(diǎn)距、高程的形式輸入）床沙級配床沙級配初始水力條件（初始時(shí)刻各斷面平均流速、水位）初始水力條件（初始時(shí)刻各斷面平均流速、水位）泥沙要素（斷面平均含沙量）泥沙要素（斷面平均含沙量）（二）構(gòu)成數(shù)學(xué)模型的單元（二）構(gòu)成數(shù)學(xué)模型的單元 微分方程微分方程差分方程差分方程 初始條件初始條件( (橫斷面形狀橫斷面形狀 、床沙級配、床沙級配 、初始時(shí)刻各、初始時(shí)刻各斷面平均流速、水位斷面平均流速、水位 、斷面平均含沙量、斷面平均含沙量 ) ) 進(jìn)口邊界條件：對上游進(jìn)口斷

29、面給定來水（流量進(jìn)口邊界條件：對上游進(jìn)口斷面給定來水（流量Q Q）來沙（含沙量來沙（含沙量S S及其級配）過程。及其級配）過程。 出口邊界條件：對下游出口斷面給定水位變化過出口邊界條件：對下游出口斷面給定水位變化過程或給定水位流量關(guān)系曲線。程或給定水位流量關(guān)系曲線。 （三）（三） 模型分類模型分類 按照所模擬的泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類，可分為僅按照所模擬的泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類，可分為僅模擬懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的模擬懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的懸移質(zhì)模型懸移質(zhì)模型，僅模擬推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的，僅模擬推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的推移質(zhì)模型推移質(zhì)模型及同時(shí)模擬懸移質(zhì)與推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的及同時(shí)模擬懸移質(zhì)與推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的全沙模型。全沙模型。 懸移質(zhì)飽和輸沙模型懸移

30、質(zhì)飽和輸沙模型 懸移質(zhì)非飽和輸沙模型懸移質(zhì)非飽和輸沙模型( (或不平衡輸沙模型或不平衡輸沙模型) )，非飽和輸沙非飽和輸沙模型通常僅限于模擬懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)橥埔颇Ｐ屯ǔH限于模擬懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)橥埔瀑|(zhì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到飽和輸沙狀態(tài)速度較快，可采用飽和質(zhì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到飽和輸沙狀態(tài)速度較快，可采用飽和輸沙法計(jì)算輸沙法計(jì)算 全沙飽和輸沙模型及全沙非飽和輸沙模型全沙飽和輸沙模型及全沙非飽和輸沙模型 按照所按照所模擬的模擬的泥沙運(yùn)泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分進(jìn)行分類類三、模型分類三、模型分類 先解水流方程求出有關(guān)水力要素后，先解水流方程求出有關(guān)水力要素后，再解泥沙方程，推求河床沖淤變化，再解泥沙方程，推求河床沖淤變

31、化，稱為非耦合解，適用于河床變形比稱為非耦合解，適用于河床變形比較緩和的情況較緩和的情況 耦合解耦合解 ：水流和泥沙方程直接聯(lián)立求解，適水流和泥沙方程直接聯(lián)立求解，適用于河床變形比較急劇的情況用于河床變形比較急劇的情況 非耦合解非耦合解 ：按計(jì)算按計(jì)算方法的方法的組合分組合分類類 根據(jù)邊界上的水流、泥沙條件是屬于非恒定流情況或恒定根據(jù)邊界上的水流、泥沙條件是屬于非恒定流情況或恒定流情況，或即使屬于非恒定流，但有可能概化為恒定流情流情況，或即使屬于非恒定流，但有可能概化為恒定流情況，上述兩大類還可各自分為況，上述兩大類還可各自分為非恒定流解非恒定流解和和恒定流解恒定流解兩個(gè)亞類。兩個(gè)亞類。 耦合

32、解恒定飽和輸沙模型；耦合解恒定飽和輸沙模型；耦合解恒定非飽和輸沙模型；耦合解恒定非飽和輸沙模型；非耦合解恒定飽和輸沙模型；非耦合解恒定飽和輸沙模型； 非耦合解恒定非飽和輸沙模型；非耦合解恒定非飽和輸沙模型； 非耦合解非恒定非飽和輸沙模型；非耦合解非恒定非飽和輸沙模型；耦合解非恒定非飽和輸沙模型耦合解非恒定非飽和輸沙模型 模型分類模型分類 非耦合解恒定飽和輸沙模型非耦合解恒定飽和輸沙模型tASSB0*21)()(*21SSBxQSxSQtSAtYBS0 xQtYB3/4222)/()()(BAAnQgxYgAAQxtQtAQSxASt0)()(在飽和輸沙模型中，認(rèn)為斷面平均含沙量用水流挾沙力近似

33、計(jì)算在飽和輸沙模型中，認(rèn)為斷面平均含沙量用水流挾沙力近似計(jì)算為閉合補(bǔ)充的方程為閉合補(bǔ)充的方程),(*hUSSS均勻沙均勻沙0yt0Qt（1 1）將非恒定流作為恒定流處理。即?。⒎呛愣髯鳛楹愣魈幚?。即取這種作法在洪峰比較平緩的條件下是允許的。將進(jìn)口斷面的實(shí)這種作法在洪峰比較平緩的條件下是允許的。將進(jìn)口斷面的實(shí)際流量過程線改為若干個(gè)不同流量級組成的梯級過程線進(jìn)行計(jì)際流量過程線改為若干個(gè)不同流量級組成的梯級過程線進(jìn)行計(jì)條件：洪峰比條件：洪峰比較平緩；較平緩；方法：梯級過方法：梯級過程線程線一、基本假定一、基本假定算；對于每一個(gè)算；對于每一個(gè)梯級來說，流量梯級來說，流量為常數(shù)，水流為為常數(shù)，水流

34、為恒定流。恒定流。 恒定流持續(xù)時(shí)間即為每一梯級持續(xù)的時(shí)間恒定流持續(xù)時(shí)間即為每一梯級持續(xù)的時(shí)間 （貝努利方程）（貝努利方程）恒定流基本方程恒定流基本方程 tconsQtan寬淺河流寬淺河流0 xQtYB3/4222)/()()(BAAnQgxYgAAQxtQ0)/()(213/422222BAAnQAQxgxY成立的條件？成立的條件？ 0)(213/1022222hBnQAQxgxY（2 2）假定河床發(fā)生沖淤過程中，在每一個(gè)短時(shí)段內(nèi)河床變形）假定河床發(fā)生沖淤過程中，在每一個(gè)短時(shí)段內(nèi)河床變形對水流條件影響不大，這樣就可采用非耦合解法進(jìn)行計(jì)算，對水流條件影響不大，這樣就可采用非耦合解法進(jìn)行計(jì)算，對于

35、這一點(diǎn)，在具體計(jì)算將設(shè)法盡可能近似地做到，即只要對于這一點(diǎn)，在具體計(jì)算將設(shè)法盡可能近似地做到，即只要限制每個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)沖淤量不太大即可。限制每個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)沖淤量不太大即可。 （如何限制？）（如何限制？） 條件：河床變形對水流條件影響不大條件：河床變形對水流條件影響不大 ；方法：限制每個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)沖淤量不太大方法：限制每個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)沖淤量不太大一、基本假定一、基本假定（3)3)不考慮水體中含沙量因時(shí)變化，由于含沙量、水深因不考慮水體中含沙量因時(shí)變化，由于含沙量、水深因時(shí)變化引起的水體中的沙量變化不大。時(shí)變化引起的水體中的沙量變化不大。tAQSxASt0)()(條件：河床變形是一個(gè)相對緩慢的過程條

36、件：河床變形是一個(gè)相對緩慢的過程（4 4）平衡輸沙或飽和輸沙的特殊情形：平衡輸沙或飽和輸沙的特殊情形：如果如果河床沖淤相對河床沖淤相對較小較小，但還達(dá)不到飽和平衡的狀態(tài)，可以認(rèn)為實(shí)際的含沙，但還達(dá)不到飽和平衡的狀態(tài)，可以認(rèn)為實(shí)際的含沙量量S S與挾沙力與挾沙力S S* *將比較接近，它們之間相比較只相差一個(gè)小將比較接近，它們之間相比較只相差一個(gè)小量量S S，可以不區(qū)別，可以不區(qū)別S S和和S S* *，直接用，直接用S S* *來代替來代替 S S條件：河床沖淤相對較??；條件：河床沖淤相對較?。环椒ǎ褐苯佑梅椒ǎ褐苯佑肧 S* *來代替來代替 S S一、基本假定一、基本假定),(*hUSSS0

37、)(0tAxQS),(*hUSSS 恒定飽和輸沙模型基本方程恒定飽和輸沙模型基本方程 tAQSxASt0)()(二、有限差分方程求數(shù)值解二、有限差分方程求數(shù)值解 差分形式（用差分形式（用替換替換） BhUtconsQtan221BBB221hhh0)(213/1022222hBnQAQxgxY2122222221112310AAgQhBQnxYY*( , ,)2,.,jjjSSSU hjN0)(0tAxQS)/()()(210 xtQSQSA 0)(0tYBxQS)/()()(210 xBtQSQSY 均勻沙：一個(gè)粒徑級均勻沙：一個(gè)粒徑級 三、計(jì)算步驟三、計(jì)算步驟 （1 1）將計(jì)算河段劃分為若

38、干子河段，每一子河段的上、下斷面即為該子）將計(jì)算河段劃分為若干子河段，每一子河段的上、下斷面即為該子河段的進(jìn)出口斷面。河段的進(jìn)出口斷面。小漩下壩址小漩上壩址潘口壩址T16T17T18T19T20T22T23T77T76T75T74T73T72T71T70T69T68T67T66T65T63 T62T61T60T59T58T57T56T55T54T53T52T51T50T49T48T47T46T45T44T43T42T40T39T38T37T36T35T34T33T32T31T30T29T27T26T25T24T28T41T64(2)(2)按成對的按成對的“起點(diǎn)距、高程起點(diǎn)距、高程”的方式輸入各

39、斷面的橫斷面圖形態(tài)的方式輸入各斷面的橫斷面圖形態(tài)( (初始條件初始條件) )，編，編小的子程序計(jì)算各斷面的有關(guān)工作曲線；如水位小的子程序計(jì)算各斷面的有關(guān)工作曲線；如水位Y Y河寬河寬B B（濕周）水深（濕周）水深h h關(guān)系曲關(guān)系曲線，水位線，水位Y Y過水?dāng)嗝婷娣e過水?dāng)嗝婷娣eA A關(guān)系曲線等。關(guān)系曲線等。 (x(i+1),y0(i+1)(x(i),y0(i)(x(i),y0(i)(x(i+1),y0(i+1)x=(x(i+1)-x(i)*(y(i)-y0(i)/(y0(i+1)-y0(i)x/(x(i+1)-x(i)=(y(i)-y0(i)/(y0(i+1)-y0(i)圖6-1 不規(guī)則過水?dāng)嗝?/p>

40、面積計(jì)算示意圖A=x*(y(i)-y0(i)/2A=(x(i+1)-x(i)*(y(i)-y0(i)+y(i+1)-y0(i+1)/2(x(i),y(i)(x(i+1),y(i+1)(3)(3)將計(jì)算流量過程線劃分成由若干短時(shí)段組成的梯級恒定流將計(jì)算流量過程線劃分成由若干短時(shí)段組成的梯級恒定流( (上游邊界條件上游邊界條件) )。(4)(4)取計(jì)算河段下游斷面的水位作為控制水位取計(jì)算河段下游斷面的水位作為控制水位( (下游邊界條件下游邊界條件) )，并劃分為與上游流量過程梯級并劃分為與上游流量過程梯級相對應(yīng)相對應(yīng)的水位梯級。的水位梯級。 此水位的確定視問題的性質(zhì)不同而異。如為天然河流應(yīng)由此水位

41、的確定視問題的性質(zhì)不同而異。如為天然河流應(yīng)由水位流量關(guān)系確定；如系受工程控制的河流，例如水庫，就由水位流量關(guān)系確定；如系受工程控制的河流，例如水庫，就由水庫調(diào)度運(yùn)用圖確定。水庫調(diào)度運(yùn)用圖確定。 (5)(5)輸入輸入或用懸移質(zhì)水流挾沙力計(jì)算河段上游入口斷或用懸移質(zhì)水流挾沙力計(jì)算河段上游入口斷面在一定流量下通過的懸移質(zhì)含沙量面在一定流量下通過的懸移質(zhì)含沙量 ( (邊界條件邊界條件) )。(6)(6)上述有關(guān)工作曲線、水位、流量、懸移質(zhì)含沙量的上述有關(guān)工作曲線、水位、流量、懸移質(zhì)含沙量的輸入或計(jì)算作為子程序待用。輸入或計(jì)算作為子程序待用。22212210/32221112n QQyyxB hgAA

42、(7)(7)從第一個(gè)流量級開始，結(jié)合步驟從第一個(gè)流量級開始，結(jié)合步驟(2)(2)用二分法試算各用二分法試算各斷面水位；待水位確定后，計(jì)算斷面平均流速、水深、河斷面水位；待水位確定后，計(jì)算斷面平均流速、水深、河寬等寬等 。？222121221212121211310310jjjjjjjjjjjjAQAQgHBQHBQxnyyf(8)(8)用懸移質(zhì)挾沙力公式依次計(jì)算各斷面平均懸移質(zhì)含沙量用懸移質(zhì)挾沙力公式依次計(jì)算各斷面平均懸移質(zhì)含沙量 mghUkSS)(3*?(9)(9)計(jì)算河段內(nèi)的平均沖淤厚度，或計(jì)算河段內(nèi)的平均沖淤面積計(jì)算河段內(nèi)的平均沖淤厚度，或計(jì)算河段內(nèi)的平均沖淤面積 )/()()(210

43、xtQSQSA 第一個(gè)流量級持續(xù)的時(shí)間第一個(gè)流量級持續(xù)的時(shí)間（1010）將河床變形計(jì)算結(jié)果修正斷面形態(tài)，得到第一個(gè)流量級作用）將河床變形計(jì)算結(jié)果修正斷面形態(tài)，得到第一個(gè)流量級作用 時(shí)段后河床時(shí)段后河床的形態(tài)。的形態(tài)。t（1111）重復(fù)上述計(jì)算過程進(jìn)行第二時(shí)段的水流、泥沙及河床變形計(jì)算，如此）重復(fù)上述計(jì)算過程進(jìn)行第二時(shí)段的水流、泥沙及河床變形計(jì)算，如此反復(fù)進(jìn)行下去，即可算出長時(shí)段內(nèi)的河床變形情況。反復(fù)進(jìn)行下去，即可算出長時(shí)段內(nèi)的河床變形情況。 )/()()(210 xBtQSQSY 非耦合解恒定非飽和輸沙模型非耦合解恒定非飽和輸沙模型 （一）基本方程（一）基本方程(均勻沙均勻沙) 0)()(0t

44、AQSxASt0()0AQSxttconsBhUQtan02131022222hBQnAQxgxY),(*hUSS )()(*SSBxQStASSB0*)(（二）（二） 有限差分方程求數(shù)值解有限差分方程求數(shù)值解 差分形式（用差分形式（用替換替換） BhUtconsQtan221BBB221hhh0)(213/1022222hBnQAQxgxY2122222221112310AAgQhBQnxYY 懸移質(zhì)連續(xù)方程的求解懸移質(zhì)連續(xù)方程的求解)()(*SSBxQS)(*SSqxSq qQ QB B為單寬流量。在短小河段內(nèi)，取河段為單寬流量。在短小河段內(nèi)，取河段平均河寬平均河寬B B來計(jì)算單寬流量，來

45、計(jì)算單寬流量，近似近似地認(rèn)為地認(rèn)為q q不變，求方程的解析解不變，求方程的解析解dxdSSSqdxSSd*)()(淤積時(shí)可取淤積時(shí)可取0.250.25，沖刷時(shí)可取，沖刷時(shí)可取1.01.0理論上應(yīng)為河底含沙量與垂線平均含沙量的比值，是大于理論上應(yīng)為河底含沙量與垂線平均含沙量的比值，是大于l l的系數(shù)，但一般均的系數(shù)，但一般均由實(shí)測資料反求，從而是具有綜合性質(zhì)的系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算成果，淤積由實(shí)測資料反求，從而是具有綜合性質(zhì)的系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算成果，淤積時(shí)可取時(shí)可取0.250.25，沖刷時(shí)可取，沖刷時(shí)可取l.0l.0。 qxeSSSS)(*1*2)1 ()()(*2*1*11*22qxqxexq

46、SSeSSSS 非耦合解非恒定非飽和輸沙模型非耦合解非恒定非飽和輸沙模型恒定非飽和輸沙模型恒定非飽和輸沙模型非恒定非飽和輸沙模型非恒定非飽和輸沙模型xQStA0tconsQtan02131022222hBQnAQxgxY),(*hUSS )()(*SSBxQS0tYBxQ)()()(*SSBtASxQS)(*0SSBtAtASxQStA)()(03/4222)/()()(BAAnQgxYgAAQxtQ一、基本方程一、基本方程二、水流方程求解二、水流方程求解0tyBxQ3/4222)/()()(BAnUgAxygAAQxtQ3/4222)/()(2BAAQQgnxygAxyyAxAAQxQAQt

47、Qy3422222)/(2)(BAAQQgnxAAQxQAQxyABQgAtQy 阻力項(xiàng)保證阻礙來流阻力項(xiàng)保證阻礙來流 水流連續(xù)方程水流連續(xù)方程水流運(yùn)動(dòng)方程水流運(yùn)動(dòng)方程 固定水位下固定水位下, ,過水面積的沿程變化率過水面積的沿程變化率11111111()()2()(1)()nnnnjjjjnnnnjjjjfffffftttffffffxxx2)(1 ()(1111njnjnjnjMfffff) 10(jxt普列斯曼（普列斯曼（PreissmannPreissmann）格式的應(yīng)用：格式的應(yīng)用：水流方程求解水流方程求解)1 (PLRUDjnjjnjjnjjnjjjnjjnjjnjjnjjeQdY

48、aQcYaeQcYaQcYa2112112121211111111111) 1, 2 , 1(Njn n時(shí)間層已知，時(shí)間層已知， n+1n+1時(shí)間層未知，系數(shù)與時(shí)間層未知，系數(shù)與n n時(shí)間層有關(guān)，可事先計(jì)算時(shí)間層有關(guān)，可事先計(jì)算共可建立共可建立2(N-1)2(N-1)個(gè)方程，而個(gè)方程，而N N個(gè)結(jié)點(diǎn)上共有個(gè)結(jié)點(diǎn)上共有2N2N個(gè)未知數(shù)個(gè)未知數(shù), ,如何封閉如何封閉? ?普列斯曼（普列斯曼（PreissmannPreissmann）格式的應(yīng)用：）格式的應(yīng)用：水流方程求解水流方程求解如果上下游邊界各給出一個(gè)邊界條件，如果上下游邊界各給出一個(gè)邊界條件， 2N2N個(gè)未知數(shù)個(gè)未知數(shù)2N2N個(gè)方程，個(gè)方程，

49、方程組封閉。方程組封閉。 邊界條件邊界條件普列斯曼（普列斯曼（PreissmannPreissmann）格式）格式 jnjjnjjnjjnjjjnjjnjjnjjnjjeQdYaQcYaeQcYaQcYa2112112121211111111111) 1, 2 , 1(Nj共建立共建立2(N-1)2(N-1)個(gè)方程，而個(gè)方程，而N N個(gè)結(jié)點(diǎn)上共有個(gè)結(jié)點(diǎn)上共有2N2N個(gè)未知數(shù)個(gè)未知數(shù), ,如何封閉如何封閉? ?三、含沙量及河床變形計(jì)算三、含沙量及河床變形計(jì)算 )()()(*SSBtASxQS已知：初始條件已知：初始條件njS邊界條件邊界條件11nS1nNS求解：求解：1njS或或tSASAtAS

50、njnjnjnj11)(0,0,)(1111111111111QxSQSQQxSQSQxQSjnjnjnjnjjnjnjnjnj1*)()(njSSBSSB11njS1njS11njSnjS1njSnjS1j-1jj+1nn+1)()()(*SSBtASxQS111111111111*1111njjnjnjnjnjnjnjjnjnjnjnjnjnjnjQxtBtASQxtSASBtS11111111111*1111njjnjnjnjnjnjnjjnjnjnjnjnjnjnjQxtBtASQxtSASBtSQ0Q0 Q Q 0 0 河床變形計(jì)算河床變形計(jì)算 )(*0SSBtA)(1*1110nj

51、njjnjnjSSBtA 一維泥沙數(shù)模一維泥沙數(shù)模計(jì)算中的若干問題計(jì)算中的若干問題二、天然河道糙率的確定二、天然河道糙率的確定糙率確定的是否合理，不僅影響水力計(jì)算的精度，而且通糙率確定的是否合理，不僅影響水力計(jì)算的精度，而且通過影響水流條件進(jìn)而影響河床沖淤數(shù)量和分布的計(jì)算精度。過影響水流條件進(jìn)而影響河床沖淤數(shù)量和分布的計(jì)算精度。 ?在有實(shí)測資料的條件下，在有實(shí)測資料的條件下，用水面線驗(yàn)證率定用水面線驗(yàn)證率定的方法或曼的方法或曼寧公式寧公式反求反求。已已知知已已知知流量級流量級m m3 3/s/s華家灣華家灣沙洋沙洋沙洋沙洋澤口澤口澤口澤口岳口岳口岳口岳口仙桃仙桃仙桃仙桃漢川漢川5245240.

52、01430.01430.01500.01500.01390.01390.02060.02060.02010.0201100010000.0215 0.0215 0.0300 0.0300 0.0233 0.0233 0.0263 0.0263 0.0263 0.0263 250025000.0209 0.0209 0.0236 0.0236 0.0218 0.0218 0.0219 0.0219 0.0219 0.0219 600060000.0205 0.0205 0.0170 0.0170 0.0200 0.0200 0.0225 0.0225 0.0205 0.0205 10000100

53、000.0110 0.0110 0.0110 0.0110 0.0137 0.0137 0.0180 0.0180 0.0136 0.0136 各河各河段糙段糙率采率采用值用值 為得糙率資料，進(jìn)行幾為得糙率資料，進(jìn)行幾種不同流量下種不同流量下沿程瞬沿程瞬時(shí)水面線的觀測時(shí)水面線的觀測。2122222221112310AAgQhBQnxYY對一般河道河床變形計(jì)算問題而言，在有實(shí)測資料的條件下，也可用動(dòng)床阻對一般河道河床變形計(jì)算問題而言，在有實(shí)測資料的條件下，也可用動(dòng)床阻力計(jì)算公式估算。力計(jì)算公式估算。在無實(shí)測資料的條件下，可用在無實(shí)測資料的條件下，可用類比的方法類比的方法，選擇與計(jì)算河段條件類似且

54、有實(shí)，選擇與計(jì)算河段條件類似且有實(shí)測資料的河段進(jìn)行類比分析，估算其糙率。測資料的河段進(jìn)行類比分析，估算其糙率。 愛因斯坦基于分割水力半徑的計(jì)算方法愛因斯坦基于分割水力半徑的計(jì)算方法 恩格隆坦基于分割能坡的計(jì)算方法恩格隆坦基于分割能坡的計(jì)算方法 錢寧等錢寧等 綜合阻力計(jì)算方法綜合阻力計(jì)算方法二、天然河道糙率的確定二、天然河道糙率的確定水庫淤積計(jì)算，糙率確定的關(guān)鍵點(diǎn)水庫淤積計(jì)算，糙率確定的關(guān)鍵點(diǎn) 糙率變化的兩種趨勢：糙率變化的兩種趨勢：一是一是建庫后由于壅水作用，邊壁糙率的影響相對增加，建庫后由于壅水作用，邊壁糙率的影響相對增加，使糙率發(fā)生變化；使糙率發(fā)生變化；二是二是建庫后淤積前和淤積后河床組成

55、不同，因而淤積前后糙率建庫后淤積前和淤積后河床組成不同，因而淤積前后糙率應(yīng)有不同。應(yīng)有不同。三、水庫糙率變化情況的確定三、水庫糙率變化情況的確定糙率的確定應(yīng)著重考慮變動(dòng)回水區(qū)和常年回水區(qū)壅水不大的庫段。糙率的確定應(yīng)著重考慮變動(dòng)回水區(qū)和常年回水區(qū)壅水不大的庫段。至于壩前壅水比較嚴(yán)重的庫段，水面比降一般甚小，基本至于壩前壅水比較嚴(yán)重的庫段，水面比降一般甚小，基本上處于靜水區(qū)，糙率的誤差不致引起較大的水位誤差，無須上處于靜水區(qū)，糙率的誤差不致引起較大的水位誤差，無須過細(xì)考慮糙率的精度問題。過細(xì)考慮糙率的精度問題。建庫初始建庫初始 淤積后淤積后 事先大致估算可能出現(xiàn)的水力因素的范圍，然后應(yīng)用上述事先大

56、致估算可能出現(xiàn)的水力因素的范圍，然后應(yīng)用上述糙率與水力因素糙率與水力因素的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線確定糙率，作為水庫確定糙率，作為水庫未淤積（空庫）未淤積（空庫）時(shí)的糙率時(shí)的糙率。變動(dòng)回水區(qū)糙率變化的計(jì)算變動(dòng)回水區(qū)糙率變化的計(jì)算 三、水庫糙率變化情況的確定三、水庫糙率變化情況的確定水庫淤積后水庫淤積后，庫區(qū)河床組成將細(xì)化，因而糙率也將隨之減小。淤積后的糙率，庫區(qū)河床組成將細(xì)化，因而糙率也將隨之減小。淤積后的糙率如何確定，目前尚無可靠的通用辦法。如何確定，目前尚無可靠的通用辦法。 可以根據(jù)已建成的類似水庫淤積后的實(shí)測資料加以分析確定可以根據(jù)已建成的類似水庫淤積后的實(shí)測資料加以分析確定 在常年回水區(qū)，平

57、均糙率基本上無變化，建庫后與建庫前糙在常年回水區(qū)，平均糙率基本上無變化，建庫后與建庫前糙率的比值，率的比值，n nn0n0約為約為0.950.951.131.13；在變動(dòng)回水區(qū)，糙率減??；在變動(dòng)回水區(qū)，糙率減小較多，較多，n nn0n0約為約為0.630.630.960.96，不同水庫差別較大。，不同水庫差別較大。變動(dòng)回水區(qū)糙率變化的計(jì)算變動(dòng)回水區(qū)糙率變化的計(jì)算 三、水庫糙率變化情況的確定三、水庫糙率變化情況的確定原因：在變動(dòng)回水區(qū)，由于水深較小，邊壁影響不大，床沙細(xì)化的影響起主導(dǎo)作原因：在變動(dòng)回水區(qū)，由于水深較小，邊壁影響不大，床沙細(xì)化的影響起主導(dǎo)作用，因而較建庫前糙率減小較多。用，因而較建

58、庫前糙率減小較多。在常年回水區(qū)，水位抬高，壅水嚴(yán)重，水深大，邊壁條件影響顯著，傾向于使糙在常年回水區(qū)，水位抬高，壅水嚴(yán)重，水深大，邊壁條件影響顯著，傾向于使糙率增大，但另一方面，在此庫段床沙細(xì)化也比較顯著，加上淤積比較平整，相對率增大，但另一方面，在此庫段床沙細(xì)化也比較顯著，加上淤積比較平整，相對糙度顯著減小，傾向于使糙率減小，二者作用互相抵消，其結(jié)果是建庫前后糙率糙度顯著減小，傾向于使糙率減小，二者作用互相抵消，其結(jié)果是建庫前后糙率變化不大變化不大河床組成河床組成邊壁條件邊壁條件三、水庫糙率變化情況的確定三、水庫糙率變化情況的確定 四、關(guān)于床沙細(xì)化或粗化的考慮四、關(guān)于床沙細(xì)化或粗化的考慮 當(dāng)

59、河床發(fā)生淤積時(shí)，床沙細(xì)化當(dāng)河床發(fā)生淤積時(shí)，床沙細(xì)化 當(dāng)河床發(fā)生沖刷時(shí)，床沙粗化當(dāng)河床發(fā)生沖刷時(shí)，床沙粗化床沙質(zhì)粒徑的范圍判斷：懸浮指標(biāo)，床沙質(zhì)粒徑的范圍判斷：懸浮指標(biāo)，代表重力作用與紊動(dòng)作用的相互關(guān)系代表重力作用與紊動(dòng)作用的相互關(guān)系 *Uz=0.01=0.01，可以將這個(gè)，可以將這個(gè)z z值用作劃分值用作劃分床沙床沙質(zhì)與沖瀉質(zhì)的臨界值質(zhì)與沖瀉質(zhì)的臨界值=5.0=5.0，可以將這個(gè)，可以將這個(gè)z z值用作劃分值用作劃分懸移質(zhì)懸移質(zhì)與推移質(zhì)的臨界值與推移質(zhì)的臨界值應(yīng)用于非均勻沙時(shí)，則應(yīng)求分組含沙量的沿程變化，即應(yīng)用于非均勻沙時(shí)，則應(yīng)求分組含沙量的沿程變化，即五、分組挾沙力的計(jì)算五、分組挾沙力的計(jì)算

60、 i=1,2,i=1,2,n,nqxeSSSS)(*1*2)1 ()()(*2*1*11*22qxqxexqSSeSSSSqxiiiiieSSSS)(*1*2)1 ()()(*2*1*11*22qxiiiqxiiiiiiexqSSeSSSS泥沙分組的原則和方法泥沙分組的原則和方法 五、分組挾沙力的計(jì)算五、分組挾沙力的計(jì)算 河河 流流水文水文站站 小于某粒徑小于某粒徑(mm)(mm)的沙重百分?jǐn)?shù)的沙重百分?jǐn)?shù)中數(shù)粒中數(shù)粒徑徑(mm)(mm)系系 列列0.000.007 70.010.010.020.025 50.050.050.10.10.250.250.50.51 1漢漢 江江安康安康20.82