河流网泥沙输运动力学模型的研究及其应用

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1、宁夏人学硕}j学位论文摘要曼曼鼍曼寰曼曼!曼曼寰曼曼。I。——II—II—I⋯⋯III曼皇曼摘要泥沙输移模型是泥沙研究的重要工具，具有可重复、易模拟长时段长河段、便于研究不同边界条件下的河流演变问题等很多优越性，同时与实际相比，具有周期短并可节省大量投资的优势。随着复杂网络的提出以及近些年来的飞速发展，使得自然界中存在的大量复杂系统都可通过形形色色的网络加以描述。复杂网络是对复杂系统最为一般的抽象和描述方式。河流网具有典型的树状分枝结构，作为复杂网络的一个重要分支也得到了不同程度的研究。在这种情况下，结合相关领域知识，我们在丰水期

2、模型的基础上，引入两点考虑：一是一旦引出，水沙均退出河网；二是分流比(引出水流与总流量之比)与分沙比相对大小影响主河道携沙力。建立了能够更全面反映泥沙输移规律的“基于汇流一引流的河流网泥沙输移动力学模型”。以探索河流网中不同条件以及不同形式的水沙突变对下游河段影响的规律性，从而对今后的科研工作以及实际工程问题提供一定的参考。本文的主要工作如下：(1)结合复杂网络思想，根据水流携沙力及其与河道冲淤态之间的反馈自调节机制，建立了基于汇流一引流的河流网泥沙输运动力学模型，分别考察分流比、流量、含沙量不同时对引水口下游河段瞬态冲淤的影响，

3、对其出现的快慢瞬态进行详细的分析与理解。为验证结果正确性以及理解的直观性，解析计算了不同条件下引水河段冲淤量变化量的表达式，解析计算和数值模拟结果比较吻合。模拟结果可以为更多的实际工程问题提供有效的预测预报。(2)河网在水沙变化的调：

4、卜过程中，有“瞬态调整”和“稳态调整”之分。时间序列上，这种对水沙条件突变所做的响应强度逐渐减弱；空间上，这种剧烈响应的强度自上而下亦逐渐衰减，体现了河网的自组织和自适应能力。更为有趣的是，当引水河段作为水沙突变的源头时，下游河段在响应调节过程中出现了标度规律性，这些动力学特征体现了河网通过演化试图

5、建立起一种分布的秩序—沿程分布的标度规律。(3)依据河网调节的特征，即冲淤对流量的不同变化方式的响应不同，运用丰水期模型，主要是考察人造洪峰(流量脉冲)峰形和流量控制的不同对河道的冲刷效率。为此我们尝试了多种控制方式，(峰形可以选非线性峰形(抛物线，正弦线)，线性峰形(三角)，间歇控制和无峰控制。)比较效率，从而选择高效合理泥沙控制方式。对于非常缺水的黄河而言，这样的尝试将是很有意义的。关键词：复杂网络，分流，控制，冲淤量，泥沙输运动力学模型宁夏大学硕卜学ft论艾AbstractThemodelofthesilttransport

6、isallimportanttoolforsiltresearch．Itbearsmuchsuperiority．Suchasbeingrepeatableandeasytosimulatethedynamicalprocessesofariverinlargetemporalandspatialscales，withdifferentboundaryconditions，andSOon．Bycomparingwiththefieldinvestigations，thistheoreticalstudyhastheshortcyc

7、leandmaysavealotofinvestment．Recently,alotofcomplexsystemsaremodeledbytheso-calledcomplexnetwork，andtheir’Scomplexitiesandtherelevantpropertiesarewellrevealed．Thecomplexnetworkisthemostgeneralabstractanddescriptiontothecomplicatedsystem．111erivernetworkhasatypicaltree

8、branchs自mctllre．Astheimportantbranchofthecomplexnetworkitalsohasdrawnagooddealofattention．Thisthesisprofitsformthemainideasofthecomplexnetwork．BasedOilthefeedbackmechanismortheself-regulationbetweensediment-carryingcapacityandrivererosion-depositionstate，asedimenttran

9、sportdynamicmodel，basedOiltheconsiderationofconfluenceandchannelingwater,isproposedtoinvestigatetheinfluenceofwaterdiversion