山区河流一维非恒定流数学模型精度改进方法

发布时间：2017-05-24 21:05

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【摘要】：数值模型已广泛应用于水利水运工程的研究、规划和设计等环节。一维非恒定流数学模型因其高效可靠,仍是解决实际工程问题的主要研究手段。电站日调节水流泄放、河道(或河网)水流运动和洪水传播河口潮波运动、闸门启闭后的水波运动等问题,常采用一维非恒定流数学模型进行模拟研究。山区河流形态特征及动力特征复杂多变,一维非恒定流数值模型的各个重要环节和主要参数处理不当,会直接影响模型精度,导致不真实的计算结果。本文主要采用数模试验,辅以水槽试验的方法,对山区河流一维非恒定流数学模型精度改进方法开展了研究。通过6m变坡水槽复式河槽试验,结合大量的文献资料及野外实测资料,以断面的主槽和边滩水深和相应的糙率基值作为主要的研究变量,得到复式河槽中主槽和边滩速度之比的计算表达式。结果表明,速度之比随主槽边滩水深比增大而增大,随主槽边滩糙率比增大而减小。对现有复式河槽综合糙率计算方法进行了分析,根据阻力叠加原理以及连续性方程,结合本文得到的复式河槽主槽和边滩速度之比表达式,提出了考虑滩槽动量交换的复式河槽综合糙率确定方法,对其可行性进行了论证。对比计算分析表明,本文提出的复式河槽的综合糙率计算公式与水槽试验及野外实测资料(598组)符合较好,公式综合反映了滩槽动量交换,非恒定流水深变化对综合糙率的影响。对影响山区河流一维非恒定流数学模型精度的动量修正系数、水流流态、河道弯曲及人工建筑物等影响因素进行了分析改进。为了使基于Saint-Venant方程组建立的一维非恒定流数学模型适用于跨临界流及急流的情况,对删减对流加速度项法进行了改进。根据滩槽速度之比表达式得到了复式河槽动量修正系数计算公式。根据对比分析结果,选取线性化SCS方法作为确定弯曲河道阻力的计算方法。将一维非恒定流数学模型中综合糙率、动量修正系数及河道弯曲阻力等改进计算方法,应用于向家坝-重庆河段一维非恒定流数值模拟。对比验证结果表明,改进后模型计算结果与实测资料符合较好,计算结果较好的再现和预测了向家坝-重庆河段非恒定流的传播特性。
【关键词】：一维数学模型 山区河流 非恒定流 综合糙率 复式河槽
【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】：TV133
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 研究意义及应用背景8-9
• 1.2 明渠非恒定流的研究现状9-11
• 1.3 一维非恒定流数学模型的研究现状11-16
• 1.4 复式河槽综合糙率的研究现状16-18
• 1.5 本文的主要工作18-19
• 第二章 一维非恒定流数学模型建立19-31
• 2.1 一维非恒定的基本方程19-22
• 2.2 一维非恒定流数学模型的Preissmann格式22-30
• 2.3 小结30-31
• 第三章 山区河流复式河槽综合糙率的探讨31-58
• 3.1 研究目的31
• 3.2 水流阻力31-34
• 3.3 试验设备及布置34-41
• 3.4 复式河槽综合糙率计算方法比较与分析41-50
• 3.5 考虑滩槽动量交换的复式河槽综合糙率确定方法50-57
• 3.6 小结57-58
• 第四章 河道弯曲及动量系数等参数分析58-67
• 4.1 水流流态影响58-59
• 4.2 动量修正系数59-61
• 4.3 河道弯曲的影响61-64
• 4.4 人工建筑物的影响64-66
• 4.5 小结66-67
• 第五章 一维非恒定流模型精度改进方法验证计算67-87
• 5.1 单一水槽一维非恒定流数学模型验证67-70
• 5.2 山区河流一维非恒定流下的数学模型验证70-80
• 5.3 一维非恒定流数学模型的应用80-86
• 5.4 小结86-87
• 第六章 结论与展望87-89
• 6.1 结论87-88
• 6.2 展望88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-96
• 作者在读期间发表的主要论文及科研成果96

【参考文献】

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1 齐清兰,张力霆,李桐栋,薛运田,杨庆瑞,李秀辰;复式断面渠道的流量计算方法[J];河北工程技术高等专科学校学报;2001年03期

2 吴腾;朱瑞虎;;漫滩水流动量修正系数特性分析与模拟[J];水道港口;2011年01期

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本文编号：391945