沣河下游河床冲淤演变数值模拟研究

摘要

河床演变学是一门研究在水流作用下河床形态冲淤变化的学科。水流作用于河床,使河床形态发生变化,而河床形态的改变又反过来影响水流的结构,二者相互联系,相互制约,长期处于变化和发展的过程中。研究河床演变的规律使我们能够预见到河流未来可能发生的变化,从而可以采取适当的措施来趋利避害,所以说,研究河床冲淤演变具有重要的意义。
　　本文首先对国内外泥沙理论研究现状和泥沙数学模型发展概况作了简单的回顾与评述。其次,通过求解水流与泥沙的基本方程,建立了一个一维恒定非均匀非饱和输沙数学模型,并对其中关键性问题,如断面概化、河床糙率、泥沙沉速、恢复饱和系数、水流挟沙力公式以及泥沙级配等问题进行了深入地探讨。之后,为了验证所建立的泥沙数学模型是否能够运用到实际工程当中,本文还利用1974~2000年的冯家山水库实测资料对模型进行了率定和验证,验证的结果表明:各时段计算的冲淤量与实测值基本吻合,并且计算所得到的淤积纵剖面与实测资料也能够有较好的吻合。
　　最后,根据沣河下游来水来沙情况,运用验证后的泥沙数学模型,在假设河道禁止采砂的条件下,预报沣河下游现状河道自然淤积达到冲淤平衡时的床面高程,论证橡胶坝基座高程的合理性:以及拟修建的橡胶坝在投入使用后,预测出工程区运用不同年限的淤积纵剖面,库容和水面面积变化过程,以及工程区冲淤量,河道比降变化曲线等。在此基础上分析橡胶坝工程对沣河下游工程区两岸的防洪安全造成的影响。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究方法和技术路线

1.4 主要研究内容

2 泥沙数学模型的建立与验证

2.1 数学控制方程

2.2 模型中关键问题探讨及处理方法

2.3 泥沙数学模型验证

3 沣河下游基本情况概述

3.1 沣河下游及工程区基本情况概述

3.2 沣河流域气候条件

3.3 沣河下游河道水沙分析

4 沣河现状河道冲淤演变数值计算

4.1计算依据资料及条件

4.2 沣河现状河道洪水糙率敏感分析

4.3不同洪水频率下水面线计算结果

4.4 现状河道淤积形态计算成果

4.5 沣河现状河道冲淤计算成果

5 修建橡胶坝后沣河工程区河道冲淤演变数值计算

5.1计算依据资料及条件

5.2 建坝后水面工程区淤积形态计算成果

5.3 沣河水面工程区冲淤量计算成果

5.4 沣河工程区库容曲线与水面面积曲线变化计算结果

5.5 50年一遇洪水水面线计算成果

5.6 100年一遇洪水水面线计算成果

6 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录