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水利工程论文-时间变态对水流及泥沙运动的影响的初步分析.doc

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水利工程论文-时间变态对水流及泥沙运动的影响的初步分析.doc

水利工程论文-时间变态对水流及泥沙运动的影响的初步分析摘要:利用一维不恒定水流泥沙数学模型,研究泥沙实体模型试验的时间变态问题。针对上游流量和泥沙浓度呈阶梯形变化的边界条件问题,通过比较模型与原型尺度下的水流条件、泥沙浓度、累计淤积面积等各物理量的差异,定量地描述了时间变率、模型长度、水沙的不恒定性等对模型试验可能造成的影响,并对误差产生的原因进行了分析。关键词:时间变态实体模型数学模型不恒定流1概述泥沙实体模型试验是研究工程泥沙问题的重要手段。长期以来,随着葛洲坝,三峡等大型水利工程的建设,实体模型试验水平在我国得到了很大的提高,在工程论证中发挥了重要作用。但实体模型还存在着很多问题,首先是几何比尺的选择,基于水沙运动相似性的要求和场地等条件的限制,常常将水平比尺和垂向比尺设计为不同的数值,这就造成了模型的几何变态;其二是模型沙的选择,在按照几何比尺缩小的模型上,为了满足泥沙运动相似,常常采用轻质沙。到目前为止,利用轻质沙进行的模型试验都不能统一水流运动和河床变形两个时间比尺,存在时间变态。这两种变态的存在,给模型试验带来了误差。分析这两种变态,揭示出产生误差的原因和偏差程度,是提高模型试验技术的重要途径。对时间变态,当模拟的过程为恒定或基本恒定时,水流和泥沙运动的时间过程可以在相对较短的时间里趋于平稳,时间变态的影响较小。恒定情况下的这一特点正是确定时间变态模型可行的理论基础。然而实际的水沙过程总是变化的,即使人们可以将一个不断变化的过程概化为一系列恒定子过程,由于动态过程的惯性作用,恒定子过程之间总是存在相互影响的。在天然尺度情况下,这些恒定子过程一般可以持续几天或更长,子过程之间相互的影响很小,但是,在模型中由于控制河床变形的时间比尺非常大,这些子过程之间的相互干扰和影响就明显体现出来了。同时,由于水流动态反馈的速度比物质传输速度更快,往往会造成水流过程与泥沙运动过程的错相,形成水流与泥沙运动过程实际上的不相似。过去,对时间变态问题的认识仅止于定性和局部的描述[1],近年来,人们试图对时间变态带来的问题进行定量研究。王兆印[2,3]对时间变态对推移质淤积的影响进行了水槽试验,在一个大型水库回水变动区的推移质模型试验中研究了时间变态对冲淤相似性的影响,并用数学模型计算了时间变态引起的水流条件的变化,分析了可能的影响因素并提出了模型试验中可采用的改进措施;吕秀贞

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