数学模型在河道分洪计算中的应用

《数学模型在河道分洪计算中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2010年第2期数学模型在河道分洪计算中的应用陈治连(厦门市同安区水利局，福建厦门361100)摘要：东溪流经同安区城镇区域段整治面临选择分洪。该文针对较大规模分洪箱涵分流入口和出口水文水力条件复杂问题，采用平面二维数学模型研究不同分流比时需要分洪箱涵规模及河道流态变化情况，通过水利计算成果分析进行综合比选，确定所需方案。关键词：河道分洪；二维模型；箱涵；桥涵中图分类号：TP391文献标识码：B文章编号：1002—3011(2010)02—0028—021河道整治概述：[未(hr)+(hrxy)](

2、2)厦门市同安区东溪流域面积152．8km0，流经城区与西+未()+(h)+gh~y+Ftp+gqC卫"2h2溪汇合后形成合流段，最终汇入大海。东溪两岸堤防标准低或无设防，河床狭窄，坡陡水急。特别是金水湾河段，由于=[hrxx)+(hryy)](3)影视城建设，原来80多米宽的河道缩小至40m，致使区问式中：为水位，即水面到某一基准面的距离常受洪水淹没。P、q分别为x、Y方向上的垂线平均流量分量本次列为整治的河段从上游与翔安区交界的酒鹅桥起，h为水深；至城区的东桥止。总长9．72km。其中新建防洪堤

3、长16．594g为重力加速度；km，新建无压分洪暗涵长485rrl，新建跌水工程2座，结合n为柯氏力参数；翻板闸建跌水1座。维修布塘桥下游跌水1座，排涝闸7座p为水密度；及排水涵管16座。新建桥梁4座。为谢才系数；本次计算重点是分洪涵的方案选择。通过一维水力学分r，r，分别为剪切应力分量；析计算不同分洪流量对金水湾段水位的影响及投资规模，在考虑防洪安全、节约投资、不影响影视城景观等基础上，寻x，Y为直角坐标；找一个合理的契合点，确定分洪流量并推荐合理的方案。t为时间。上述方程组的初始条件如下：2水利

4、计算成果分析z(x，Y)t；0=z0(X，Y)由于分洪涵管规模较大。入口与出口处水文条件极为复P(X，Y)0=P0(X，Y)杂，一维计算模拟的成果无法准确模拟整个金水湾河段区间q(x，y)t：o=q0x，y)的水流及水动力条件。为确保工程安全性。必须建立金水湾边界条件如下：区间的二维数学模型。模拟分洪箱涵建成后对区域及上下游水边界：z(x，Y，t)=z(x，y，t)或q(X，Y，t)水动力的状况，探讨分洪的可靠性。=qx，Y，t)，“*”表示已知值；2．1数学模型计算原理陆边界：Qn=0，法线方向流

5、量为零。采用平面二维数学模型研究不同分流比所需要分洪涵洞有了上述定解条件，就可用一定的离散格式求出方程的规模及河道流态情况。模型包括一个连续性方程和两个动量解。计算区域采用正交曲线网格，控制方程离散时，变量在方程：网格上采用交错布置，水位定义在网格节点上。单宽流量定+十=0(1)义在各自方向的相邻网格中部。采用交替方向隐格式CKOXoy(ADI)求解方程，DoubleSweep算法求解方程矩阵，该格式+未(h)+()+。-Ftq+gp—Jp2+hq2具有二阶精度。2．2分洪流量分析收稿日期：2010

6、—05—26根据对金水湾段桥梁过水能力分析。分别选取分洪流量282010年第2期表1不同分洪流量东溪下游流域下段河道水面线成果500m3／s、600m／s、710m0／s进行比选。考虑景观水位的ITI，最大为27，y方向最小为1，最大约为15ITI。计算网格要求，箱涵进口底板高程为6．5m，出口高程与河底相同。平面图见图1，由于网格太密，图中一个网格代表模拟中的不同分洪流量东溪下游流域下段河道水面线成果见表1。四个网格，局部网格图一个网格代表模拟中的二个网格。两本次计算水面线在考虑西溪上游莲花水库、

7、汀溪水库联个方案计算网格相似，区别仅在于分洪涵洞宽度，此处仅给合调洪作用及潮水顶托影响的基础上，从西溪与东溪合流口出工况一计算网格示意图。的50年一遇水位7．32m开始推算，至东桥下水位8．12m，与以往计算成果一致。从金水湾段水面线计算成果看，分洪710m／s，金水湾段水面线最低，但分洪箱涵规模较600m／s、500m／s大；分洪600rn／s金水湾段水面线比分洪710m3／s高出近20cm；分洪500m／s方案由于金水湾段各个桥梁过水能力较差，水面线比分洪7101T10／s平均高出近50cm，分

8、洪箱涵进口由于五显二桥壅水明显，高出近1m。综合考虑金水湾段的防洪安全及分洪规模后，初步拟定分洪涵管的分洪流量为600m／s、710m／s，具体分洪流量经二维数模对两方案计算比较后确定。3箱涵规模分析图1工况一计算网格示意图根据一维计算的初步成果，采用平面二维数学模型确定3．3糙率系数不同分流比所需要分洪涵洞规模，计算过程如下：糙率系数通过一维水动力模型的率定和验证来确定。并3．1计算范围及边界条件参照多个工程的经验确定曼宁系数。本次二维模拟范围为自30号断面～东桥下