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《河流网泥沙输移动力学模型的稳态分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第6卷第4期宁夏工程技术Vol.6No.42007年12月NingxiaEngineeringTechnologyDec.2007文章编号:1671-7244(2007)04-0293-05河流网泥沙输移动力学模型的稳态分析郝睿11,211,张金锋,霍杰,王旭明(1.宁夏大学物理电气信息学院,宁夏银川750021;2.淮北煤炭师范学院物理系,安徽淮北235000)摘要:为了建立一种能够反映河网上泥沙输移的动力学模型,以体现泥沙在河流网上的输移特点和最终的冲淤平衡态,在对河网中支流级别及河段数作出新规定的基础上,即以支流汇
2、入到干流所历经的汇流次数作为支流的级别,而支流河段数由高一级别支流的汇入决定,重点考虑了支流某河段携沙能力受本河段及相邻河段冲淤变化的影响,建立了反映河网上泥沙输移基本物理过程的模型.模型反映出不同河段上携沙能力和冲淤变化之间的自我调节是使河道趋于稳定的原因所在.结果表明,利用模型对稳态冲淤特点进行分析的结果与自然河域枯水期的泥沙冲淤特点吻合.该模型的提出为泥沙冲淤控制及河道演化等专业领域的传统问题提供了新的研究视角.关键词:河流网;动力学模型;泥沙冲淤中图分类号:N945.13;TV143+.4文献标志码:A自然界中存
3、在大量复杂系统都可以通过复杂网1模型的建立络加以描述[1-2],如互联网、万维网、人际关系网、河1.1模型建立依据流网,等等.复杂网络最初的研究主要集中在网络统不同级别支流的汇流是河网的基本特征.对于计性质和模型演化方式的研究上,其中最为典型的是具有小世界效应(small-worldeffec)[3]的WS模型和某一段河流,在流量稳定的条件下,河道输沙率的具有无标度特性(scale-freeproperty)[4-5]的BA模型.改变随携沙系数的改变而改变.输沙率的改变会影响相应河段的冲淤量,冲淤量的改变反过来又会引起本
4、实验证明,大多真实网络都具有小世界效应和无标河段携沙系数的调节.这样反复长时间的调节结果使度特性.对复杂网络的进一步研究体现在近来的加河段最终达到某种冲淤稳定态.河流网是一个典型的权网的研究上,与此同时,人们也更加注重网络上诸层次网,它是由不同级别支流逐级汇入所形成的一个如同步、竞争、传播等动力学行为,如流行病传播、信庞大网络,因此,模型中某河段携沙系数的改变不仅息的散布,等等.受到该河段冲淤量变化的影响,还将受到上河段冲淤河流网作为自然网络中一类具有分层树状结构量变化以及汇流的影响.可见,随时间的不断调节支流网络的典型
5、代表,也是长期被关注但尚有许多问题携沙系数是泥沙输运网模型建立的核心.未能彻底解决的网络.早在1950年,对自然河网的研究就揭示了一些河网中不同参数间的幂律关系,1.2建立模型但这些关系是怎样产生的并没有进一步的解释.随以支流到达干流所历经的汇流次数为支流的级着小世界网络和无标度网络的提出,直到2000年,别建立模型.显然,干流的级别为0,河网中任意一Dodds和Rothman从统计物理的角度全面地证明了条支流由于其上一级支流的汇入被自然分割为若干河网中不同标度关系的起因[6-8]河段,即第i条和第i+1条上一级支流汇入
6、点之间.此外,建立了在侵蚀基础上的模型研究,为理解河网的形成提供了一的河段定义为第i+1段.若用l表示支流的条数,用些初步的认识[9].结合复杂网络思想,以成型河网为h表示支流的级别,则在dt时间内发生在第l条h基础,本文将建立能够反映泥沙输移特点的网络动级支流的第i+1河段的汇流(流量)可表示为lli力学模型,模型中将重点考虑河段输沙能力的自我Q(hi+1,dt)=Q(hi,dt)+Qh+(1ilast,dt),(1)调节过程.其中:h=1,2,⋯;l=1,2,3,⋯;i=1表示某级支流的最收稿日期:2007-06-2
7、2基金项目:国家自然科学基金资助项目(10565002);教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-06-0914);宁夏大学自然科学基金资助项目(ZR0631)作者简介:郝睿(1975—),女,讲师,硕士,主要从事复杂性研究.294宁夏工程技术第6卷上一段与自然河流中的源头等价.式(1)左边表示lilnk(2ΔS(hi,j)+ΔSh+(1ilast,j))(/Q(hi+1,j+1)).(6)第l条h级支流的i+1段在dt时间内的出流量,右式(6)右边第1项表示j时刻第l条h级支流i+1段边第1项为第i段支流在dt时间内的
8、汇入量,第2的携沙系数,第2项表示h级支流i+1段冲淤变化项为第i条h+1级支流最后一段的汇入量.式(1)量对本段携沙系数的调节,第3项表示i段冲淤变隐含流量的连续性假设,即出流量等于入流量.考化量和第i条h+1级支流的最后一段冲淤量对i+1虑到节点汇流,将时间离散化为tj=jΔt,则第j个时段携沙系数的影响.当本段
