河道模型理论研究初探

Word版本，下载可自由编辑河道模型理论研究初探本文就讨论河道重大、复杂的问题时，必需实行结合模型实验的综合讨论手段，建立探求某河道或河系自然逻辑的综合科技讨论系统，为河道或河系治理开发计划的决策提供科学依据。

河道问题的复杂性和特别性，打算了在讨论河道时，尤其对一些重大、复杂问题的讨论，必需实行结合模型实验或以模型实验为主的综合讨论手段，建立起能够适应用于河道问题特性需要的综合性科技平台――河道模型。

1.模型理论总体范畴

“河道模型”主要是利用实体模型实验的手段对河道自然现象举行复演、模拟实验，以探求某河道或河系的自然逻辑，为河道或河系治理开发计划的决策提供科学依据，是增进治水现代化的重要科技平台。实体模型实验是人们基于相像的概念和理论，对某些自然现象举行模拟，并据此定量或定性提醒自然现象的内在逻辑，以满足工程设计和理论讨论需要的一种科学办法。实体模型实验可以抓住讨论对象的主要影响因子，在较短时光内复演讨论对象某一演变或运动过程及趋势，乃至演示某一重要因子发生变化后所产生的影响，并动态直观地反映一些数学办法还难以模拟的自然现象的复杂过程。

在目前严重的防汛形势下，惟独构建功能齐全、体系完美的“模型河道”，才可能充分和全面发挥现代科学实验的作用，进一步增进科学技术向现实生产力的转化，从而为河道的综合治理开发提供强大的科技支撑。

2.“模型河道”理论讨论初探

2.1“模型河道”建设体系。

“模型河道”工程建设的任务主要包括基础设施建设、测控系统设施建设、实体模型系统建设等。

2.1.1基础设施建设项目。

基础设施建设项目主要有模型实验大厅和实验区设施。

2.1.2测控系统工程。

测控系统工程主要由山区模型、水库模型、游荡段河道模型、曲折段河道模型等测控子系统构成，并以测控中心作为其衔接枢纽，与“数字河道”举行集成，形成“模型河道”与“数字河道”联动的“桥梁”。利用测控系统建设，对“模型河道”的各监控点举行实时数据监测、模拟控制，举行相关数据统计、分析，建立起“模型河道”工程信息数据库，将工程信息数据库与地理信息数据库相结合，与“数字河道”、“原型河道”的有关数据耦合，建立各种三维模型，并以先进的软件技术做支持，实现“模型河道”的数字化。

2.1.3实体模型系统建设。

针对河道存在的主要问题，“模型河道”体系的构建应包括四个方面的内容，即水土流失区模型、水库模型、游荡段河道模型、曲折段河道模型。

2.1.3.1水土流失区模型在水土流失区不同的区域，因为其小气候特征、地形、地貌、土壤等因素存在着一定的差异，可以分离就某造沙区域建立物理模型，首先对其侵蚀的机理举行分析模拟，找出其侵蚀的基本逻辑，对各种可能的治理计划举行实验，在此基础上，提出某一支沟的治理计划，并将实验讨论推举的治理计划付诸于详细的治理实践中。

2.1.3.2水库模型确定上游水库运用的方式，实验讨论在不同进库水条件、不同运用水位及不同出库水条件下，从而提出库区以下河道河势变化及其治理的工程布局。实验讨论不同边界条件下的库区纵向与横向进展调节及其影响范围、库区淤积形态，明流排沙、相机降低水位冲刷水库的条件、降水冲刷开展概化实验讨论及其对下游河道的影响，在不对下游河道造成负面影响的状况下，优化塑造库区淤积形态，论证确定不同时期水库运用的科学方式，尤其要加强中小流量的冲刷运用问题的讨论。

2.1.3.3游荡段河道模型建立游荡段河道模型的目的主要应用于分析讨论河床演化逻辑、确定河道整治计划、河道沿程洪峰流量及洪水位预告、滩区沉没范围预告等。重点讨论内容主要包括河床演化逻辑；游荡性河段河道整治计划；挖河疏浚理顺河势关键技术；岳城水库拦沙后期河道上游冲刷下游淤积演化实验；河道洪水演进预演预告等。在对洪水演进预演过程中，还可对下游滩区或滞洪区沉没范围、沉没深度、沉没历时等状况举行预告，为滩区或滞洪区平安建设和群众的平安撤离提供科学依据。

分析讨论河床演化逻辑。

着重就不同历时、不同流量、不同含沙量及其组合的各种水沙条件对河床演化的影响举行分析讨论，探求河床变形、河势变化及河型转化等状况发生的主要边界条件和逻辑，对河床下切、展宽或淤积、斜河、横河、滚河、工程脱导等状况及其变化趋势做出预测。

确定河道整治计划。

游荡性河道不易得到有效的控制，河槽宽浅散乱，主流摆动频繁，斜河、横河、滚河现象时有发生。利用河道模型实验，讨论确定各个河段详细的整治计划、控导工程布局、结构型式及其他有关参数。

提出河道疏浚淤背计划。

按照上游河道不同河段的河床演化特性、河势变化特点、整治工程布局、堤防标准化建设进程等状况，利用模型实验提出详细河段的疏浚河槽、淤背固堤计划及其实施部位和时机。如在游荡性河道，利用实验确定最有利于改善河势、加强防洪的疏浚计划及其实施时机；在持续冲刷的河段，通过实验提出防冲计划，以最大限度地削减工程基础悬吊。

淤滩成槽逻辑。

模拟分析清水沟流路不同阶段历史流路的发生条件和发育过程，重点讨论淤滩成槽、冲刷扩展，找出不同流路扩槽的内在机理。模拟不同水沙条件和不同边界条件下清水沟流路沿程的冲淤变化、形态变化、河势摆动、流路历时、行洪排沙能力变化、造陆速率等，找出淤积延长与水沙及其边界条件之间的关系。

2.1.3.4曲折段河道模型。

河道曲折段河段其主要特点：上游冲刷严峻，下游淤积严峻；上游工程基础悬吊严峻，严峻影响工程效益发挥；上游防汛形势严竣，下游浇灌抗旱形势严竣。

河道洪水演进、洪峰流量及洪水位预告。

通过河道模型对不同量级的洪水举行演进并对沿程洪峰流量和洪水位举行预告，对防洪决策具有重大的现实意义。详细操作时，河道模型可与洪水警报预告系统相结合，当洪水预告系统提出某断面可能发生的洪峰流量时，可把这一流量在河道模型上举行演进，从而可对沿程各个断面的洪峰流量及洪水位做出预告。

滩区、滞洪区沉没范围预告。

通过河道模型实验举行下游滩区沉没范围、沉没深度、沉没历时等状况的预告，将对滩区平安建设和洪水期滩区群众的平安撤离提供科学依据。

2.2开展“模型河道”理论讨论需具备的基础和条件。

2.2.1理论支持数学模型模拟技术应用理论讨论；测控仪器系统理论讨论；信息技术系统讨论。

2.2.2专项讨论野外坡面、沟道和小流域实验区和室内人工降雨动床比尺实体侵蚀模型；水库实体模型、河流小流域实体动床比尺模型；极细模型沙的基本特性及选配办法；基于ＧＩＳ技术的自动化塑制模型地形的技术；多泥沙水库降水冲刷运用的实验相像条件及模拟技术；大尺度、长模型水力相像的稳定性及误差评估理论与办法；河工动床模型实验测控系统的关键技术。

3.“模型河道”讨论机制的建立

要以“分析讨论河道自然逻辑，提出河道治理科学计划”为目标，以“科学、系统、先