河流網(wǎng)泥沙輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型的研究及其應(yīng)用.pdf

1、泥沙輸移模型是泥沙研究的重要工具，具有可重復(fù)、易模擬長時(shí)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(shí)與實(shí)際相比，具有周期短并可節(jié)省大量投資的優(yōu)勢。隨著復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜系統(tǒng)都可通過形形色色的網(wǎng)絡(luò)加以描述。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是對復(fù)雜系統(tǒng)最為一般的抽象和描述方式。河流網(wǎng)具有典型的樹狀分枝結(jié)構(gòu)，作為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要分支也得到了不同程度的研究。在這種情況下，結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)，我們在豐水期

2、模型的基礎(chǔ)上，引入兩點(diǎn)考慮：一是一旦引出，水沙均退出河網(wǎng)；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(wǎng)泥沙輸移動(dòng)力學(xué)模型”。以探索河流網(wǎng)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(shí)際工程問題提供一定的參考。本文的主要工作如下：
　　 (1)結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)思想，根據(jù)水流攜沙力及其與河道沖淤態(tài)之間的反饋?zhàn)哉{(diào)節(jié)機(jī)制，建

3、立了基于匯流—引流的河流網(wǎng)泥沙輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型，分別考察分流比、流量、含沙量不同時(shí)對引水口下游河段瞬態(tài)沖淤的影響，對其出現(xiàn)的快慢瞬態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的分析與理解。為驗(yàn)證結(jié)果正確性以及理解的直觀性，解析計(jì)算了不同條件下引水河段沖淤量變化量的表達(dá)式，解析計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果比較吻合。模擬結(jié)果可以為更多的實(shí)際工程問題提供有效的預(yù)測預(yù)報(bào)。
　　 (2)河網(wǎng)在水沙變化的調(diào)節(jié)過程中，有“瞬態(tài)調(diào)整”和“穩(wěn)態(tài)調(diào)整”之分。時(shí)間序列上，這種對水沙條件突變所做的

4、響應(yīng)強(qiáng)度逐漸減弱；空間上，這種劇烈響應(yīng)的強(qiáng)度自上而下亦逐漸衰減，體現(xiàn)了河網(wǎng)的自組織和自適應(yīng)能力。更為有趣的是，當(dāng)引水河段作為水沙突變的源頭時(shí)，下游河段在響應(yīng)調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)了標(biāo)度規(guī)律性，這些動(dòng)力學(xué)特征體現(xiàn)了河網(wǎng)通過演化試圖建立起一種分布的秩序—沿程分布的標(biāo)度規(guī)律。
　　 (3)依據(jù)河網(wǎng)調(diào)節(jié)的特征，即沖淤對流量的不同變化方式的響應(yīng)不同，運(yùn)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