坝下长河段河道纵横剖面分形与通航水力要素响应研究

发布时间：2017-03-30 09:22

  本文关键词：坝下长河段河道纵横剖面分形与通航水力要素响应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：河流上游修建水利枢纽工程,在获取发电效益的同时,枢纽下泄的非恒定流不但对下游城市防洪和河道的河床演变产生很大影响,同时也影响着航道的通航。研究枢纽下泄非恒定流的传播规律及运动特性对航运和城市防洪等工程问题的解决具有重要的实际意义。但由于非恒定流过程中影响因素众多,故提出采用分形维数以替代多种影响因素综合考虑,从分形标度来研究河道的非恒定流运动特性。而河道的形态及其分形特征均受到研究尺度的影响,不同的研究尺度对河道的形态和分形特征的描述不尽相同。因此从河相关系理论角度,构建非恒定-分形数学模型,探求河道纵、横剖面的分形机制。通常我们认为,分形维数是描述分形结构的自相似程度的定量参数。本文针对枢纽日调节下泄非恒定流,采用理论分析结合数值模拟等方法,取得以下成果:(1)对长江干流水富~朱沱段建立一维非恒定-分形数学模型,以岷江、沱江汇流口将研究河段分作三段,分别计算其河道纵剖面分维数。通过计算分析得,纵剖面分维数呈二阶分维特性,且整体分维数小于分段分维数;左岸分维数大于右岸分维数;纵剖面分维数随流量的增大不断减小;各分段河道纵比降随纵剖面分形维数的变化呈类似简谐波形状。(2)以研究河段内局部碍航滩段为研究对象,建立二维非恒定-分形数学模型统计满足最低维护水深的航道宽度,计算得河道横剖面河流宽度分维数,呈一阶分维特性。河流宽度分维数和水深的关系与所在河段、所在断面的地形有很大关系,一般浅滩呈现分维数随水深增大的趋势。横剖面分维数整体上呈逐渐减小的趋势,即随着流速的增大横剖面分维数逐渐变小。除过兵滩外,其余滩段横剖面分维数虽有起伏变化但整体上随纵剖面分维数的减小呈逐渐减小的趋势。且对比同一河流分段内各滩分维数的大小,在上游流量相同时,河道横断面地形越平顺横剖面分维数越小。(3)参照以往研究确定的长江叙渝段通航水力指标,结合剖面分维数与水力要素的关系,粗略拟定水富~朱沱段剖面分维数与通航水力指标的相应关系。并讨论栈桥滩和杨柳碛滩等具体滩段剖面分维数与通航水力指标的响应。
【关键词】：分形维数 变维分形 数值模拟 通航水力指标
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV147;U612
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 研究现状及进展9-15
• 1.2.1 非恒定流研究9-10
• 1.2.2 分形研究10-14
• 1.2.3 河相关系研究14-15
• 1.3 存在的主要问题15-16
• 1.4 主要研究内容及研究方法16-18
• 1.4.1 主要研究内容16
• 1.4.2 主要研究方法及技术路线16-18
• 第二章 坝下长河段河道纵剖面分形18-45
• 2.1 河段概况18-23
• 2.1.1 河道概况18-19
• 2.1.2 水文特征19-21
• 2.1.3 日调节过程21-23
• 2.2 一维非恒定-分形数学模型23-32
• 2.2.1 基本方程组23-24
• 2.2.2 基本方程离散24-25
• 2.2.3 二阶累计和变维分形25-26
• 2.2.4 模型率定26-29
• 2.2.5 模型水面线验证29-32
• 2.3 坝下河道纵剖面分维数32-44
• 2.3.1 整体分维数计算32-35
• 2.3.2 分段分维数计算35-38
• 2.3.3 分析与讨论38-44
• 2.4 本章小结44-45
• 第三章 坝下长河段河道横剖面分形45-75
• 3.1 二维非恒定-分形数学模型45-49
• 3.1.1 控制方程45-46
• 3.1.2 数值方法46-48
• 3.1.3 边界条件48
• 3.1.4 一阶累计和变维分形48-49
• 3.2 航道条件49-50
• 3.2.1 水富~宜宾段49
• 3.2.2 宜宾~朱沱段49-50
• 3.3 二维水流数学模型验证50-62
• 3.3.1 模型计算网格50-59
• 3.3.2 模型验证59-62
• 3.4 河道横剖面分维数62-74
• 3.4.1 横剖面分维数62-68
• 3.4.2 分析与讨论68-74
• 3.5 本章小结74-75
• 第四章 剖面分维数与通航水力要素的响应关系75-83
• 4.1 概述75
• 4.2 纵剖面分维数与水力要素的关系75-78
• 4.3 横剖面分维数与水力要素的关系78-80
• 4.4 剖面分维数与通航水力指标的响应80-81
• 4.5 本章小结81-83
• 第五章 结论与展望83-85
• 5.1 主要结论83-84
• 5.2 问题及展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-91
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果91
• 一、发表论文情况91
• 二、参加的科研项目91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 冯平,冯焱;河流形态特征的分维计算方法[J];地理学报;1997年04期

2 刘新;;汉江石泉枢纽下游非恒定流数学模型研究[J];水道港口;2007年06期

3 周银军;陈立;欧阳娟;刘金;;三峡蓄水后典型河段分形维数的变化分析[J];水科学进展;2010年03期

4 唐银安,吴学良;白龙江碧口水电站下泄不稳定流沿程变化及其对下游航道的影响[J];水运工程;1983年02期

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本文编号：276782