文档介绍：河流动力学河流动力学作业六《河流动力学》课程报告专题六、七:河流泥沙数学模型及河工模型1河流泥沙数学模型简介随着计算机技术的高速发展和河流泥沙基本理论的进步,水沙数学模型得到了快速发展,被广泛地应用于水利工程、江河治理和河口海岸与泥沙运动有关的领域中,解决了很多生产难题,发挥了巨大效益。水沙数学模型包括:1D模型、平面2D模型、立面2D模型、准3D、完全3D等。数学模型要求应该能够严格遵守物理原理、边界和初始条件,能够节省时间、人力和成本,具体的模型选择要经过方案比选与优化。泥沙数学模型的功能主要是帮助解决实际问题和发现新的机理或规律。前者包括:河道演变、水库泥沙淤积、水力工程的下游冲刷、取水口的稳定性、引航道及港地回淤、河口海岸工程泥沙问题。后者主要是通过对比分析大量计算方案成果,有可能发现河道演变、水库泥沙淤积等的内在机理。这是模型试验和资料分析无法达到的,因为这些方法所反映的情况是有限的。数学模型应满足一下基本要求:满足物理的基本原理、被分析方法所检验(分析解、人工解)、被实验和实测资料所检验、可以预测主要的物理过程、数值解稳定收敛、数值结果可接受、符合实际情况。2河流泥沙数学模型的控制方程、模型建立与使用主要方程包括水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程以及其他补充方程。常用的控制方程包括:3D悬移质运动扩散方程、3D水流运动方程、平面2D水流泥沙运动方程、立面2D水流泥沙运动方程、1D水流泥沙运动方程(水流连续方程、水流动量方程、泥沙连续方程)。数学模型的建立流程如下:数学模型的使用中,以下环节需要重点关注和讨论分析:微分方程的离散,挟沙能力的分析及其表达式使用、挟沙能力系数,回复饱和系数的表达式,边界和初始条件,断面信息提取,曼宁糙度系数,非均匀沙的处理,悬移质级配,淤积物级配,床沙表层级配,床沙柱状分层调整,河床变形,断面修正等。3河工模型概述河工模型是研究河床演变、河道整治及洪水预测预演和水库运用方式等边界条件复杂、三维性较强等问题的重要手段。可通过河工模型试验预测水库及河道的水流泥沙运动规律、排沙特性、冲淤形态、河势变化等。河工模型的主要优点在于可重现历史状况、弥补和扩充测验资料、多方案对比、局部问题细化、未来问题预测等。河工模型试验须建立在基于相似原理的模型试验方法上才具有普遍的推广意义,其所依据的就是相似条件和相似准则。若两个力学系统相似,必然能用相同的数学物理方程来进行描述,并同时满足以下三个相似条件,即几何相似、运动相似和动力相似。河工模型常用的相似准则有:重力相似准则,阻力相似准则,细分有雷诺相似准则,紊流阻力相似准则,压力相似准则,非恒定流相似准则。:(1)几何相似。指模型与原型的几何形态相似。同名物理量的固定比例常数称为相似常数或比尺。当水平比尺与垂直比尺相同时称(几何)正态(相似)模型,反之称(几何)变态模型,两者的比值称变率。(2)运动相似。包括模型与原型中各对应水体质点的速度V和加速度a成一定比例且相对方向相同,以及模型与原型水流必须处于同一流区和流态。(3).动力相似。指模型与原型的力场成几何相似,即模型与原型对应点上的所有作用力方向相互平行,大小成同一比例。,而其关键在于确定相似准数。使各物理量比尺之间有一定的关系和原则。确定相似