计算水力学5洪水波(第4课)

S-V方程的定解条件缓流流态时：需要给定一个上边界条件、一个下边界条件以及两个初始条件回顾：边界条件的组合急流流态时：需要给定两个上边界条件以及两个初始条件，不需要给定下边界条件当前1页，总共22页。第四讲洪水波水文09级计算水力学教学课件当前2页，总共22页。课程内容水库调洪演算常用简化方法洪水波的分类运动波惯性波扩散波动力波马斯京根法当前3页，总共22页。

描述河道一维水流运动的圣维南方程组§1.洪水波的分类当地惯性项迁移惯性项压力项重力项摩阻项当前4页，总共22页。忽略（1）（2）（3）： 运动波忽略（4）（5）： 惯性波忽略（1）（2）

：扩散波不忽略，完全考虑

： 动力波§1.洪水波的分类（1）（2）（3）（4）（5）当前5页，总共22页。一、运动波

由于动量方程前三项可以忽略，可简化为：

与连续方程联立，消去h可得方程

消去Q可得方程§1.洪水波—运动波当前6页，总共22页。一般情况下流速随水深增加而增加，所以有η≥1,即，在一般情况下，波速总是大于断面平均流速u。

§1.洪水波—运动波波速波速系数一、运动波当前7页，总共22页。运动波三个重要特征

(1)它只有一族向下游的特征线，所以下游的任何扰动不可能上溯影响到上游断面的水流情况。(2)

不论波形传播过程中是否变形，但其波峰保特不变，没有耗散现象。(3)

当波形发生变化时，不可避免地会发生运动激波。§1.洪水波—运动波当前8页，总共22页。忽略摩阻项假定底坡水平棱柱形河道

不计摩阻损失，波动在传播过程中只有能量的转换，无能量损失。§1.洪水波—惯性波一、惯性波当前9页，总共22页。与连续方程联立，仍属拟线性双曲线型偏微分方程，有二根实特征线§1.洪水波—惯性波二、惯性波忽略摩阻项假定底坡水平棱柱形河道当前10页，总共22页。§1.洪水波—惯性波顺特征线：

逆特征线：

当前11页，总共22页。按u+c的速度沿着波动方向运动，则观测到的现象：

u+E=const∵惯性波是不计摩阻损失，∴波动在传播过程中只有能量转换，没有能量损失。§1.洪水波—惯性波为了保持u、E二者之和不变，当u变小时，E(它反映水深)变大；当u变大时，E变小，因此流速和水深之间是互相转化，形成周期性的振荡波，湖泊中的谐振波属于这种情况。

当前12页，总共22页。§1.洪水波的简化方法—扩散波扩散项的存在所以洪水波的波峰会逐渐坦化。ZZMax绳套形水位流量关系QQMax涨水落水当前13页，总共22页。ZZMax绳套形水位流量关系QQMax涨水落水§1.洪水波的简化方法—扩散波涨洪时：

落洪时：

当前14页，总共22页。§1.洪水波的简化方法—扩散波扩散项的作用使洪水波的波峰会逐渐坦化消去变量h消去变量Q}连续方程阻力公式动量方程忽略惯性项当前15页，总共22页。连续方程与动量方程联立得：

§1.洪水波的简化方法—扩散波当前16页，总共22页。水位或流量在短期内有大幅度的变化时：

§1.洪水波的简化方法—动力波运动波、惯性波和扩散波是动力波的特殊情况感潮河道中的水流运动闸门启闭引起的水流波动这种情况下，动量方程式中的各项均不能忽略，这样一种波动称为动力波。动力波是所有波动中最复杂的，只能用完全的圣维南方程组描述。当前17页，总共22页。§2.洪水波的简化方法连续方程式严格满足，并写成差分形式由于采用不同的近似关系，形成了各种各样的简化方法

动力方程则用河槽蓄量Ｖ与出流量Q及入流量之间的近似关系来代替简化方法要点：

当前18页，总共22页。§2.洪水波的简化方法—水库调洪演算一般情况下f(Q)的函数关系为非线性，难于用显式表达，故常用图解法或试算法求解。

连续方程式严格满足，并写成差分形式假定水库蓄水量与出流量之间存在一定的函数关系，即V＝f(Q)当前19页，总共22页。§2.洪水波的简化方法—马斯京根法基本假定：假定河段槽蓄量V与出流量Q及入流量I之间存在着线性关系

假定河段槽蓄量V与出流量Q及入流量I之间存在着如下的线性关系

V＝K[xI+(1–x)Q]且0≤x≤0.5当前20页，总共22页。§2.洪水波的简化方法—马斯京根法连续方程式严格满足，并写成差分形式假定河段槽蓄量V与出流量Q及入流量I之间存在着如下的线性关系

V＝K[xI+(1–x)Q]且0≤x≤0.5

动力方程则用河槽蓄量Ｖ与出流量