河流模拟课程设计报告书-武汉大学水利水电学院港航

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1、河流模拟课程设计报告——水库一维泥沙淤积计算班级：2010级港航一班姓名：学号：2010301580指导老师：吴卫民二〇一四年四月目录一、设计任务及目的1二、计算条件与资料介绍12.1参数选取12.2地形资料22.3水沙资料22.4特征值统计2三、基本原理33.1基本方程及特征值、参数选取33.2方程的离散4四、计算步骤6五、关于库尾冲刷问题7六、计算成果96.1淤积量随时间变化96.2纵剖面形态分析106.3坝前断面形态图116.4泥沙质量守恒性分析126.5库容损失合理性分析13附：151程序内变量说明152Fortran计算源程序16一、设计任务及目的该课程设计

2、给定水沙资料和断面形态资料，解决水库一维泥沙淤积计算问题。以水流、泥沙方程为基础，构建恒定流条件下的河道一维水沙数学模型，并编制出完整的计算程序，并以某个水库为实例，进行水库泥沙淤积计算。水流条件：恒定非均匀流。泥沙条件：包括悬移质，推移质的均匀沙模型，推移质计算模式为饱和输沙，悬移质计算模式为不饱和输沙，水流泥沙方程采用非耦合解。通过课程设计，初步掌握一维数学模型建立数学模型的的基本过程和计算方法，具备一定的解决实际问题的能力。二、计算条件与资料介绍资料见磁盘文件，包括：1河道地形，糙率等(.txt文件)；2日平均流量，日平均含沙量(.xlsx文件)2.1参数选取其

3、中，推移质来沙量按悬移质的5％计算。均匀沙粒径为d=0.05mm,推移质d=2mm。其余参数在基本原理中说明。312.2地形资料地形资料包括水库前31个断面的断面起点距和高程，最远距坝里程为94645米。2.3水沙资料计算系列采用1991年～2000年10年水沙数据，重复5次，计算50年的冲淤变化。此外，将给出的流量资料均乘以0.5后作为日平均流量。2.4特征值统计表2.1水沙特征值统计年平均流量(m3/s)年平均含沙量(kg/m3)年输沙量(万t)年径流量(亿m3)1991年7681.5036242421992年5661.3624371791993年7231.463

4、3392281994年8531.1230172691995年8980.9627242831996年7820.8821862471997年10711.2140953381998年7070.6915402231999年8040.6817292542000年8460.54143726731三、基本原理3.1基本方程及特征值、参数选取水流连续方程：(3.1)水流运动方程(3.2)或(3.3)泥沙连续方程(3.4)河床变形方程(3.5)恢复饱和系数推移质平衡输沙方程(3.6)水流挟沙力公式(张瑞瑾公式)：(3.7),31推移质输沙率公式采用Mayer-Peter公式(适用于宽浅

5、河槽)：(3.8)n’为河床平整情况下的沙粒曼宁糙率系数。为粒配曲线中90%较之为小的粒径MAYER-PETER公式中的能坡J按均匀流曼宁公式近似计算（每个断面不同）。曼宁公式：(3.9)宽浅河槽，3.2方程的离散方程（3.1）在恒定流情况下有离散为:Q=const方程（3.3）变形为或31上式离散为方程（3.4）去掉时间项得到该方程的解析解为：由方程（3.4、3.5）可得:对2号断面以下，上式可以离散为：移项变形为：对于进口断面，推移质不考虑，悬移质采用单点离散,方程（5）可离散为：31四、计算步骤（1）输入河床地形糙率等数据（2）读入一个时段的水沙数据　（特别注意

6、，不要一次性将数据全部读入）（3）计算水面线，同时得到各断面的水力要素。计算前要注意在坝前输入水位，各断面均应对流量赋值（4）计算水流挟沙力（5）计算推移质输沙率（6）计算各断面含沙量（7）计算各断面冲淤厚度（8）修改水各断面水下河床高程（9）重新进入（2）进行下一循环（10）计算50年河床变形，计算时段为一天，单位为秒（s）（11）每10年输出一次计算结果(如淤积总量等)31五、关于库尾冲刷问题按均匀沙模型计算水库的淤积，在库尾计算结果可能会发生冲刷现象。这与实际情况不符，这是因为均匀沙模型与天然情况有较大差异所至。天然河流实际河床泥沙级配为非均匀沙，由于水库一般建

7、在山区河流，属下切型河道，河床多为较大的漂石、砾石、甚至是基岩，如果是非均匀沙模型，来沙粒径与河床粒径可以分为多组，上游来沙粒径与河床粒径可以根据实际情况分别给出，可以把河床粒径定义的很大，使得河床泥沙不会发生冲刷，而来沙粒径一般较细，在库尾不会淤积，直接泄向下游，因为库尾与天然情况较为接近，这种情况下库尾一般是不冲不淤。在均匀沙模型中，无论河床还是水流中的泥沙只有一个粒径，其代表性不能模拟实际情况，一般来说，所选粒径属于悬移质，这种粒径的泥沙在天然河流中可能属冲泻质，不可能在河床中存在，用这种粒径代替库尾的漂石、砾石等粒径，而库尾的流速很大，自然会