河流泥沙數(shù)學(xué)模型

1/1河流泥沙數(shù)學(xué)模型

河流泥沙數(shù)學(xué)模型

SedimentationDept.,IWHR郭慶超

中國水科院泥沙所

2007年10月

SedimentationDept.,IWHR內(nèi)容

1.簡介

2.控制方程

3.模型建立與使用

1.簡介

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展和河流泥沙基本理論的進(jìn)步，水沙數(shù)學(xué)模型得到了快速發(fā)展，被廣泛地應(yīng)用于水利工程、江河治理和河口海岸與泥沙運(yùn)動有關(guān)的領(lǐng)域中，解決了很多生產(chǎn)難題，發(fā)揮了巨大效益。

1.簡介

?水沙數(shù)學(xué)模型：1D,平面2D，立面2D，準(zhǔn)3D，完全3D；

?能夠嚴(yán)格總收物理原理；

?能夠嚴(yán)格遵守邊界和初始條件；

?節(jié)省時(shí)間、人力和成本；

?方案比選與優(yōu)化

解決實(shí)際問題：?河道演變?水庫泥沙淤積

?水利工程的下游沖刷?取水口穩(wěn)定性?引航道及港池回淤?河口海岸工程泥沙問題

模型的功能

1.

簡介

1.

模型的功能

1.簡介

模型應(yīng)滿足以下基本要求：

?滿足物理的基本原理

?被分析方法所檢驗(yàn)：

分析解(線性)/人工解(非線性)?被實(shí)驗(yàn)和實(shí)測資料所檢驗(yàn)

?可以預(yù)測主要的物理過程

?數(shù)值解是穩(wěn)定的

?數(shù)值解是收斂的

?數(shù)值結(jié)果是可接受的

?數(shù)值結(jié)果符合實(shí)際情況

被理論/分析解

證實(shí)

模擬結(jié)果與實(shí)測

資料相符被原型實(shí)測資料

證實(shí)

被實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)

證實(shí)

好的數(shù)學(xué)模型應(yīng)該

滿足

模型使用者的經(jīng)驗(yàn)對模型質(zhì)量影響也很大1.

2.

2.3D

2.

2.

2.1D

3.

數(shù)學(xué)模型建立流程

3.

數(shù)學(xué)模型運(yùn)行流程

3.1D

3.

微分方程離散

3.

微分方程離散

3.

微分方程離散

3.

挾沙能力

3.

挾沙能力

3.

挾沙能力

3.

挾沙能力

從高低含沙量統(tǒng)一公式可以看出：（1）含沙水流的挾沙能力不僅與水力因子（如U,h）和泥沙因子（如ω0）有關(guān)，而且也受上游來流含沙量的影響；（2）對于低含沙水流（如S<100kg/m3），挾沙能力受上游含沙量影響甚微，然而，隨著含沙量的進(jìn)一步增加，挾沙能力受上游來流含沙量的影響漸趨明顯，而且來流含沙量越高，水流挾沙能力越大，這正是高含沙水流多來多排的緣故。

3.模型建立與使用

挾沙能力

3.

恢復(fù)飽和系數(shù)

恢復(fù)飽和系數(shù)α是模型重要參數(shù)之一，從理論上講它可表達(dá)為床面泥沙濃度與垂線平均泥沙濃度之比，因此，系數(shù)的理論數(shù)值應(yīng)該大于1.0。

表達(dá)式表明，對于一般天然河道，α的理論值非常接近于1.0，這與在實(shí)際計(jì)算時(shí)取0.25~1.0是很相近的，