泥质冲积河流及河口泥沙问题的一种数学模型解

一、引言数学模型方法和其他研究方法一样,都是以现场实际资料为基础的,一些物理过程比较清楚的现象,都能进行模拟,并可通过电子计算机进行数值解算。由于数学模型方法在一些方面具备独特的许多优点,因此配合物理模型,在解决工程泥沙问题中,它已成为一种新兴的方法。     

泥质河口泥沙问题数学模型解

泥质河口泥沙问题的数学模型是:以泥质冲积河流动力学规律为基础,针对河口动力因素的特点所建立的包括三个主要方程式,两个辅助方程和一个床面稳定边界条件的理论体系。在解工程泥沙问题中,结合实际问题的性质和可能提供资料的情况,提出和引用以下三种模型试验方法。(一)理论模型法:针对非恒定非均匀水流(包括分岔河流及波浪影响)的非平衡挟沙问题。模型结合水力泥沙因素的边界条件,联解五个方程式。在水力计算中,采用矩形模化断面和不等距偏心插值的特征线差分格式。在泥沙计算中。利用水力规律,并在建立泥沙“运载”因素概念基础上,进行挟沙过程和河床演变的计算。(二)变通模型法(一):在难于确切提供挟沙过程边界条件的情况下,针对一些水力泥沙因素变化较缓慢的河口地区,可以采用变通模型法(一),在这一近似模型法中,采用平衡挟沙的观点,因而不再需要提供挟沙过程的边界条件,在模型试验中,可以不用方程式(5),只需联解四个方程式(1)、(2)、(3)、(4)。(三)变通模型法(二)(或称“半潮平均”模型法):方法的实质是将变通模型法(一)中的泥沙时间步长△T加大,使之接近潮段(涨潮段或落潮段)历时,因此在模型试验中,可以将方程(1)、(2)简化为恒定均匀流方程,并将涨落潮段分开计算。     

论挟沙明流中泥沙的有效悬浮功概念兼论区分造床质与非造床质的标准问题

一、挟沙明流中泥沙的有效悬浮功概念 图1所示,为一平衡挟沙明流。A点上单位体积内泥沙淹没重量为(γ_s—γ_w)·C,其中γ_s、γ_w——泥沙及清水的比重;C——含沙量(相对体积比)。从统计特性上分析,这些泥沙随水流下行,一秒钟后到达A′点(该点相应位置与A点一致)。     

论挟沙明流中流速的分布规律问题

研究挟沙明流的流速分布规律,是探索河床演变规律的基本课题之一。在理论和实践上均具有现实意义。实践表明,挟沙明流中沿水深的流速分布近似满足半对数分布规律,在公式中,卡门系数K是一个重要因素。为了探索K值的变化规律,前人曾作了大量的研完工作[3、4、5、8、11、12、13、15]。影响K值变化的因素,除了悬移质的殊性之外,还应有水流的底态条件。在研究悬移质特性对K值的变化规律影响时,从试验条件的控制方面,前人曾想过办法,意图摆脱水流底态的影响,但是由于问题非常复杂,并没有完全达到研究者的目的。本文针对存在的问题,提出一个不舍悬移质的动床模型,从挟沙明流中的能量平衡出发,结合泥沙的有效悬浮功原理[7,22],通过分析得出,挟沙明流主流区卡门系数k值的计算公式为■式中,等号右边第一项,代表水流底态条件对k值的影响部分;第二项是悬移质特性对k值的影响部分。结合现有的室内和天然河渠资料分析,初步确定了系数β_*和k_w值的变化规律和数值计算问题。