河流網泥沙輸運動力學模型的研究及其應用.pdf

1、泥沙輸移模型是泥沙研究的重要工具，具有可重復、易模擬長時段長河段、便于研究不同邊界條件下的河流演變問題等很多優(yōu)越性，同時與實際相比，具有周期短并可節(jié)省大量投資的優(yōu)勢。隨著復雜網絡的提出以及近些年來的飛速發(fā)展，使得自然界中存在的大量復雜系統(tǒng)都可通過形形色色的網絡加以描述。復雜網絡是對復雜系統(tǒng)最為一般的抽象和描述方式。河流網具有典型的樹狀分枝結構，作為復雜網絡的一個重要分支也得到了不同程度的研究。在這種情況下，結合相關領域知識，我們在豐水期

2、模型的基礎上，引入兩點考慮：一是一旦引出，水沙均退出河網；二是分流比(引出水流與總流量之比)與分沙比相對大小影響主河道攜沙力。建立了能夠更全面反映泥沙輸移規(guī)律的“基于匯流一引流的河流網泥沙輸移動力學模型”。以探索河流網中不同條件以及不同形式的水沙突變對下游河段影響的規(guī)律性，從而對今后的科研工作以及實際工程問題提供一定的參考。本文的主要工作如下：
　　 (1)結合復雜網絡思想，根據水流攜沙力及其與河道沖淤態(tài)之間的反饋自調節(jié)機制，建

3、立了基于匯流—引流的河流網泥沙輸運動力學模型，分別考察分流比、流量、含沙量不同時對引水口下游河段瞬態(tài)沖淤的影響，對其出現的快慢瞬態(tài)進行詳細的分析與理解。為驗證結果正確性以及理解的直觀性，解析計算了不同條件下引水河段沖淤量變化量的表達式，解析計算和數值模擬結果比較吻合。模擬結果可以為更多的實際工程問題提供有效的預測預報。
　　 (2)河網在水沙變化的調節(jié)過程中，有“瞬態(tài)調整”和“穩(wěn)態(tài)調整”之分。時間序列上，這種對水沙條件突變所做的

4、響應強度逐漸減弱；空間上，這種劇烈響應的強度自上而下亦逐漸衰減，體現了河網的自組織和自適應能力。更為有趣的是，當引水河段作為水沙突變的源頭時，下游河段在響應調節(jié)過程中出現了標度規(guī)律性，這些動力學特征體現了河網通過演化試圖建立起一種分布的秩序—沿程分布的標度規(guī)律。
　　 (3)依據河網調節(jié)的特征，即沖淤對流量的不同變化方式的響應不同，運用豐水期模型，主要是考察人造洪峰(流量脈沖)峰形和流量控制的不同對河道的沖刷效率。為此我們嘗試了