水庫一維泥沙淤積計算。
通過課程設計,初步掌握一維數學模型建立數學模型的的基本過程和計算方法,具備一定的解決實際問題的能力。
以水流、泥沙方程為基礎,構建恆定流條件下的河道一維水沙數學模型,並編制出完整的計算程式,並以某個水庫為例項,進行水庫泥沙淤積計算。
水流條件:恆定非均勻流。
泥沙條件:包括懸移質,推移質的均勻沙模型,推移質計算模式為飽和輸沙,懸移質計算模式為不飽和輸沙,水流泥沙方程採用非耦合解。
水流連續方程:
1)水流運動方程
2)或3)
泥沙連續方程
4)河床變形方程
5)推移質平衡輸沙方程
g=g6)
水流挾沙力公式採用張瑞瑾公式,推移質輸沙率公式採用mayer-_peter公式,mayer-peter公式中的能坡j按均勻流曼寧公式近似計算(每個斷面不同)。
方程的離散
方程(1)在恆定流情況下有
,離散為:q=const
方程(3)變形為
或上式離散為
方程(4)去掉時間項得到
該方程的解析解為:
由方程(4-5)可得
對2 號斷面以下,上式可以離散為:
對於進口斷面,推移質不考慮,懸移質採用單點離散
方程(5)可離散為:
補充公式及引數選取:
k取 0.124,m取1.05。
恢復飽和係數
幹密度取1.3
均勻沙粒徑為d=0.022mm
● 1輸入河床地形糙率等資料
● 2讀入乙個時段的水沙資料 (特別注意,不要一次性將資料全部讀入)
● 3計算水面線,同時得到各斷面的水力要素
● 4計算前要注意在壩前輸入水位,各斷面均應對流量賦值
● 5計算水流挾沙力
● 6計算推移質輸沙率
● 7計算各斷面含沙量
● 8計算各斷面衝淤厚度
● 9修改水各斷面水下河床高程
● 10重新進入(2)進行下一迴圈
● 11計算10年河床變形,計算時段為一天,單位為秒(s)
● 12淤積總量年輸出一次,其餘每兩年輸出一次計算結果
程式流程圖:
計算各年懸疑質輸沙量、推移質輸沙量、年均流量見下表。(其中推移質輸沙量是按照懸疑質輸沙量的1.5%計算的)
表一歷年流量輸沙量特徵值
表二各年淤積總量
圖一歷年淤積總量變化
各年庫容水位關係計算資料如下:
表三各年庫容水位關係庫容單位(億立方公尺)
圖二逐年水位庫容關係曲線
逐年水面線變化計算結果成表如下:
表四水面線變化水面線高程(m)
圖三水面線變化圖
計算逐年深泓變化成表如下:
表五逐年深泓變化高程(m)
圖四逐年深泓變化圖
由於是三角形淤積,最靠近壩前斷面淤積不是特別嚴重,為表示更加直觀,這裡採用lf-19斷面作為典型斷面分析其淤積情況。
表六壩前斷面淤積變化 (lf-19斷面) 高程(m)
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