基于非平衡態(tài)熱力學(xué)和混沌理論的河型特性研究.pdf

1、基于非平衡態(tài)熱力學(xué)和混沌理論的基于非平衡態(tài)熱力學(xué)和混沌理論的基于非平衡態(tài)熱力學(xué)和混沌理論的基于非平衡態(tài)熱力學(xué)和混沌理論的河型特性研究河型特性研究河型特性研究河型特性研究ResearchofChannelPattern’sacteristicsBasedonNonEquilibriumThermodynamicsChaos一級(jí)學(xué)科一級(jí)學(xué)科一級(jí)學(xué)科一級(jí)學(xué)科：水利工程學(xué)科專業(yè)學(xué)科專業(yè)學(xué)科專業(yè)學(xué)科專業(yè)：水利水電工程研研研研究究究究生生生生：趙麗

2、娜指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師：徐國(guó)賓教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一四年五月摘摘摘摘要要要要本文以非平衡態(tài)熱力學(xué)理論和混沌理論為基礎(chǔ)，以沖積河流的河型為研究對(duì)象，以探尋不同河型的特性為目標(biāo)，從宏觀的角度對(duì)不同河型的特性進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容包含以下方面：（1）提出一種河型判別式。借鑒社會(huì)與經(jīng)濟(jì)或環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展理念，建立了河流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展度判別式，用來判斷沖積河流的河型。研究認(rèn)為河流邊界條件對(duì)河型的影響大于來水來沙條件；根據(jù)

3、河流的協(xié)調(diào)發(fā)展度的大小判別河型。（2）基于非平衡態(tài)熱力學(xué)理論中局域熵產(chǎn)生和能耗函數(shù)的關(guān)系，以及能耗函數(shù)可以寫作不可逆過程的廣義流和相應(yīng)的廣義力的乘積之和的形式，構(gòu)造了河流的廣義力和廣義流，推導(dǎo)出河流的能耗函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，進(jìn)而推導(dǎo)出河流的能耗率。（3）根據(jù)黃河下游花園口、夾河灘、高村、孫口、艾山、濼口和利津7個(gè)水文站的實(shí)測(cè)資料，計(jì)算了6個(gè)河段3種河型的單位水流功率和年份信息熵。研究表明，單位水流功率和年份信息熵越大的河型越不穩(wěn)定，反之，

4、單位水流功率和年份信息熵越小的河型越穩(wěn)定。（4）提出一種河型穩(wěn)定判別式。根據(jù)能耗率和熵產(chǎn)生的關(guān)系，以及超熵產(chǎn)生的定義，可以類推得到超能耗率。根據(jù)超能耗率推導(dǎo)出河型穩(wěn)定判別式，并用該河型穩(wěn)定判別式對(duì)黃河下游不同河型進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。（5）對(duì)黃河下游6個(gè)河段的月徑流序列和月含沙量序列進(jìn)行了混沌特性分析。分析結(jié)果表明，由游蕩河型到彎曲河型的轉(zhuǎn)化，Lyapunov指數(shù)越來越大，即混沌特性越來越強(qiáng)，與此同時(shí)，吸引子不斷演化形成巨大吸引子，即由混沌