考虑底床摩阻对溃坝和冲流水动力特性影响的理论研究

发布时间：2021-03-18 09:36

　　非线性浅水方程可以描述以重力为主驱动力的自由流体运动,诸如溃坝洪流和海岸冲流。在实际问题中,通常需要在非线性浅水方程中包含底床摩阻项,来考虑粗糙底床对流体运动的阻滞作用。但是对于Chezy类型的底床摩阻项,由于在分母位置上包含水深,导致在岸线位置处存在奇异性。同时又受到控制方程形式和理论求解方法的制约,所以底床摩阻对浅水区域水动力特性的影响仍然有待进一步的研究。本文采用了参数替换法、特征线法和泰勒展开法等解析方法,分析了溃坝波和冲流水体在传播、演变和爬高过程中的水动力特征规律,从而揭示了底床摩阻对其水动力要素的影响机理。首先,本文通过参数替换法得到了溃坝波沿下游水平粗糙干床传播过程中的水动力特性。溃坝波在底床摩阻的作用下可以分解成主流态区域和波前区域。主流态区域的水动力过程可以用经典的Ritter（1892）理论解来描述。底床摩阻主要影响波前区域的水动力特征。在波前区域的摩阻系数是常数以及流速均匀分布的假设下,本文通过参数替换法对包含摩阻影响的非线性浅水方程进行了简化和理论求解,得到了溃坝波的波前区域流速随时间变化的解析表达式。相比于既有的解析解,由于本文理论解给出的流速不会降低至零,... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

瞬时全演的溃坝水动力过程示意图

可以描述以重力为主驱动力的自由流体运动（吴红侠，２０１２），诸如溃坝洪流（如??图１．１所示）和海岸冲流（如图１．２所示）等水体运动。虽然溃坝发生在内陆地??区，而冲流发生在海岸地区，但是体现在控制方程上的差异也仅仅是溃坝波不一??定考虑向下坡度的影响，而冲流运动则必须考虑向上坡度的影响。??

方程中的各项沿深度平均而得到的。非线性浅水方程也适用于天然缓变的地形，??可以描述以重力为主驱动力的自由流体运动（吴红侠，２０１２），诸如溃坝洪流（如??图１．１所示）和海岸冲流（如图１．２所示）等水体运动。虽然溃坝发生在内陆地??区，而冲流发生在海岸地区，但是体现在控制方程上的差异也仅仅是溃坝波不一??定考虑向下坡度的影响，而冲流运动则必须考虑向上坡度的影响。??；坝址位置??＾?负向波前?！???（?！??＼?！??ｙ自由水面??未受扰动区域??渍坝濟传播?＼＼正向波前????？??〇??图ｌ．ｉ瞬时全溃的溃坝水动力过程示意图????最大冲流点?回流点?破波点??＼?冲流带（ｓｗａｓｈｚｏｎｅ）?浪冲带（ｓｕｒｆｚｏｎｅ）??平均水位??ｔ????軒水位?增水?静—??图１．２冲流水动力过程示意图??１??

【参考文献】：
期刊论文
[1]任意梯形断面溃坝洪水最大流量解析解[J]. 宁利中,宁碧波,胡彪,田伟利,王永起.  西安理工大学学报. 2017(02)
[2]An analysis of dam-break flow on slope[J]. 王立辉,潘存鸿.  Journal of Hydrodynamics. 2014(06)
[3]泰勒展开公式的新认识②——特殊函数的倍乘公式与加法公式[J]. 吴崇试.  大学物理. 2012(02)
[4]泰勒展开公式的新认识——展开公式的一个特殊形式[J]. 吴崇试.  大学物理. 2012(01)
[5]唐家山堰塞湖溃坝洪水演进及下泄过程复演[J]. 张细兵,卢金友,范北林,朱永辉.  人民长江. 2008(22)
[6]溃坝问题研究综述[J]. 王立辉,胡四一.  水利水电科技进展. 2007(01)
[7]抛物型断面明渠溃坝波的简化分析[J]. 王立辉,胡四一.  水电能源科学. 2006(01)
[8]一维溃坝波在斜底坡河道中演进的解析解[J]. 黄国富,伍超,张翼飞,杨永全.  水动力学研究与进展（A辑）. 2005(05)
[9]中国古籍中的地震海啸记录[J]. 王锋,刘昌森,章振铨.  中国地震. 2005(03)
[10]椭圆形断面溃坝波Ritter解[J]. 宁利中.  西安理工大学学报. 1990(04)

硕士论文
[1]土石坝溃决溃口数值模拟与溃坝虚拟现实技术研究[D]. 王乃欣.中国水利水电科学研究院 2018
[2]基于有限体积法的二维浅水水流数值模拟技术研究[D]. 吴红侠.安徽大学 2012
[3]Hodograph变换和Hodograph-type变换的推广[D]. 于媛媛.西北大学 2010



本文编号：3088119