河流模拟课程设计水库一维泥沙淤积计算.docx
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河流模拟课程设计水库一维泥沙淤积计算
一、目地与要求1
二、基本原理1
1、基本方程1
2、方程离散1
3、公式补充1
三、计算步骤1
四、计算框图1
五、计算结果1
1、历年输沙量特征值1
2、各年淤积总量1
3、各年水位库容关系1
4、水面线地变化1
5、深泓变化1
6、坝前断面变化1
六、结果分析1
1、剖面形态分析1
2、库容损失合理性分析1
七、计算程序1
一、目地与要求
通过课程设计，初步掌握一维数学模型建立数学模型地基本过程和计算方法，具备一定地解决实际问题地能力.
以水流、泥沙方程为基础，构建恒定流条件下地河道一维水沙数学模型，并编制出完整地计算程序，并以某个水库为实例，进行水库泥沙淤积计算.
水流条件：
恒定非均匀流.
泥沙条件：
包括悬移质，推移质地均匀沙模型，推移质计算模式为饱和输沙，悬移质计算模式为不饱和输沙，水流泥沙方程采用非耦合解.
二、基本原理
1、基本方程
水流连续方程：
①
水流运动方程
②
或
③
泥沙连续方程
④
河床变形方程
⑤
推移质平衡输沙方程
G=G*⑥
水流挟沙力公式采用张瑞瑾公式，推移质输沙率公式采用Mayer-_Peter公式，MAYER-PETER公式中地能坡J按均匀流曼宁公式近似计算（每个断面不同）.
2、方程离散
方程①在恒定流情况下有
，离散为:
Q=const
方程③变形为
或
上式离散为
方程（4）去掉时间项得到
该方程地解读解为：
由方程（4-5）可得
对2号断面以下，上式可以离散为：
对于进口断面，推移质不考虑，悬移质采用单点离散
方程（5）可离散为：
3、公式补充
K取0.124，m取1.05，干密度
取1.3
恢复饱和系数
均匀沙粒径为d=0.041mm（悬移质），d=2mm（推移质）
三、计算步骤
1、输入河床地形糙率等数据
求得断面面积与水位地关系（A
Z），进而求得断面平均流速
，水力学半径
2、读入一个时段地水沙数据 （特别注意，不要一次性将数据全部读入）
读入第一时段（Q,S）值
3、计算水面线，同时得到各断面地水力要素
求得各个断面地河宽、断面面积、水深、平均流速等值
计算前要注意在坝前输入水位，各断面均应对流量赋值
4、计算悬移质水流挟沙力
K取0.124，m取1.05.
5、计算推移质输沙率（采用mayer-peter公式）
6、计算各断面含沙量公式
7、计算各断面冲淤厚度
进口断面
8、修改水各断面水下河床高程
9、重新进入
（2）进行下一循环
10、计算10年河床变形，计算时段为一天，单位为秒（s）
11、淤积总量年输出一次，其余每两年输出一次计算结果
四、
计算框图
开始
读入地形资料和糙率
输出初始库容、深泓等
i=i+1
读入一个Q
Q=0
计算水流子程序
计算S*和Gb
j=j+1
计算S（j）和dy（j）
判断库尾冲刷与否
J修改河床地形
判断年份输出结果
I<3653
结束
五、计算结果
1、历年输沙量特征值
计算各年悬疑质输沙量、推移质输沙量、年均流量见表1.（其中推移质输沙量是按照悬疑质输沙量地1.5%计算地）.
表1龙开口坝址历年流量输沙量特征值
代表年
年平均悬移质
输沙量（万t）
年平均推移质
输沙量（万t）
年平均流量（万t）
1984
2941
44.12
1330
1985
4120
61.80
1750
1986
3221
48.32
1360
1987
4828
72.42
1760
1988
2543
38.15
1440
1989
6426
96.39
1900
1990
4385
65.78
1800
1991
5972
89.58
1870
1992
1982
29.73
1290
1993
6456
96.84
1900
最大值
6456
96.84
1900
最小值
1982
29.73
1290
多年平均值
4287
64.31
1640
2、各年淤积总量
表2历年淤积总量地变化
年
悬移质输沙量（万吨）
年均流量（万吨）
总淤积量（亿立方M）
0
0
0
0
1
1821.49
484556
0.14
2
5291.205
1099418
0.387
3
16993.54
1965807
0.879
4
20027.34
2469775
1.085
5
21668.33
2765617
1.204
6
23853.98
3087569
1.368
7
30155.05
3746062
1.701
8
34879.59
4312157
1.987
9
36754.18
4640338
2.117
10
39289.66
5019762
2.243
图1历年淤积总量地变化
3、各年水位库容关系
表3各年水位库容关系
水位（m）
0年
2年
4年
6年
8年
10年
273
2.574
2.207
1.572
1.313
0.765
0.569
271
2.385
2.018
1.384
1.132
0.616
0.438
269
2.202
1.835
1.202
0.98
0.493
0.333
267
2.024
1.661
1.044
0.859
0.398
0.26
265
1.852
1.51
0.928
0.773
0.346
0.23
263
1.688
1.372
0.83
0.698
0.305
0.204
261
1.532
1.245
0.745
0.628
0.269
0.179
259
1.384
1.126
0.668
0.563
0.237
0.156
257
1.247
1.014
0.594
0.501
0.207
0.133
255
1.117
0.907
0.523
0.442
0.179
0.112
253
0.995
0.808
0.457
0.387
0.154
0.092
251
0.88
0.717
0.399
0.334
0.131
0.074
249
0.771
0.632
0.344
0.287
0.11
0.059
247
0.67
0.553
0.293
0.244
0.089
0.045
245
0.576
0.478
0.244
0.204
0.071
0.034
243
0.492
0.408
0.199
0.168
0.053
0.025
241
0.417
0.347
0.159
0.137
0.038
0.017
图2各年水位库容关系曲线
4、水面线地变化
表4水面线变化
年
距坝里程（m）
水位（m）
年
距坝里程（m）
水位（m）
年
距坝里程（m）
水位（m）
0
34920
267.6
4
34920
267.88
8
34920
274.43
0
33810
267.16
4
33810
267.76
8
33810
274.17
0
31350
267.01
4
31350
267.53
8
31350
273.43
0
29280
267
4
29280
267.37
8
29280
272.93
0
27000
267
4
27000
267.21
8
27000
272.4
0
24050
267
4
24050
267.07
8
24050
271.5
0
21846
267
4
21846
267.02
8
21846
270.53
0
19896
267
4
19896
267
8
19896
269.58
0
18270
267
4
18270
267
8
18270
268.92
0
15790
267
4
15790
267
8
15790
268.1
0
13170
267
4
13170
267
8
13170
267.41
0
10170
267
4
10170
267
8
10170
267.05
0
7820
267
4
7820
267
8
7820
267
0
4950
267
4
4950
267
8
4950
267
0
2100
267
4
2100
267
8
2100
267
0
0
267
4
0
267
8
0
267
年
距坝里程（m）
水位（m）
年
距坝里程（m）
水位（m）
年
距坝里程（m）
水位（m）
2
34920
267.14
6
34920
272.01
10
34920
273.99
2
33810
267.12
6
33810
271.75
10
33810
273.78
2
31350
267.06
6
31350
271.01
10
31350
273.49
2
29280
267.02
6
29280
270.37
10
29280
273.18
2
27000
267
6
27000
269.63
10
27000
272.79
2
24050
267
6
24050
268.64
10
24050
272.22
2
21846
267
6
21846
267.94
10
21846
271.71
2
19896
267
6
19896
267.39
10
19896
271.07
2
18270
267
6
18270
267.11
10
18270
270.48
2
15790
267
6
15790
267
10
15790
269.7
2
13170
267
6
13170
267
10
13170
268.94
2
10170
267
6
10170
267
10
10170
267.88
2
7820
267
6
7820
267
10
7820
267.19
2
4950
267
6
4950
267
10
4950
267
2
2100
267
6
2100
267
10
2100
267
2
0
267
6
0
267
10
0
267
图3水面线变化曲线
5、深泓变化
表5逐年深泓变化
年
距坝里程（m）
深泓（m）
年
距坝里程（m）
深泓（m）
年
距坝里程（m）
深泓（m）
0
34920
264.1
4
34920
264.77
8
34920
271.75
0
33810
261.7
4
33810
264.12
8
33810
270.46
0
31350
253.3
4
31350
262.29
8
31350
268.95
0
29280
249.4
4
29280
261.92
8
29280
268.6
0
27000
246.6
4
27000
263.23
8
27000
269.21
0
24050
241.3
4
24050
261.99
8
24050
267.71
0
21846
239.2
4
21846
261.5
8
21846
267.87
0
19896
237.9
4
19896
261.49
8
19896
268.14
0
18270
236.1
4
18270
252.83
8
18270
266.84
0
15790
230.1
4
15790
250.82
8
15790
264.62
0
13170
228.2
4
13170
240.94
8
13170
264.74
0
10170
224.4
4
10170
239.22
8
10170
262.59
0
7820
222.1
4
7820
230.98
8
7820
253.76
0
4950
219.8
4
4950
228.29
8
4950
237.28
0
2100
215.92
4
2100
219.97
8
2100
233.99
0
0
213.17
4
0
221.04
8
0
224.22
年
距坝里程（m）
深泓（m）
年
距坝里程（m）
深泓（m）
年
距坝里程（m）
深泓（m）
2
34920
262.79
6
34920
269.96
10
34920
271.76
2
33810
262.41
6
33810
269.08
10
33810
270.93
2
31350
259.92
6
31350
267.25
10
31350
269.37
2
29280
259.53
6
29280
266.7
10
29280
269.62
2
27000
259.48
6
27000
267.21
10
27000
270.09
2
24050
250.62
6
24050
265.39
10
24050
268.98
2
21846
247.11
6
21846
265.19
10
21846
269.24
2
19896
242.17
6
19896
265.94
10
19896
269.7
2
18270
242.84
6
18270
264.71
10
18270
268.61
2
15790
233.11
6
15790
258.71
10
15790
267.03
2
13170
232.41
6
13170
249.52
10
13170
266.88
2
10170
226.49
6
10170
242.18
10
10170
265
2
7820
224.11
6
7820
234.07
10
7820
264.79
2
4950
220.65
6
4950
228.12
10
4950
245.63
2
2100
216.86
6
2100
222.71
10
2100
236.54
2
0
213.78
6
0
219.7
10
0
229.24
图4深泓变化曲线
6、坝前断面变化
该水库为三角形淤积，最靠近坝前断面淤积并不会特别严重，为使断面变化情况表现地更加直观，这里采用IP-17断面作为典型断面并分析其淤积情况.
表6坝前断面变化
年
起点距（m）
高程（m）
年
起点距（m）
高程（m）
年
起点距（m）
高程（m）
0
0
300.2
2
0
300.2
4
0
300.2
0
10.5
272.29
2
10.5
272.29
4
10.5
272.29
0
15.8
266.93
2
15.8
267
4
15.8
267.01
0
18.2
260.24
2
18.2
261.18
4
18.2
264.29
0
18.9
259.62
2
18.9
260.56
4
18.9
263.67
0
19.4
259.88
2
19.4
260.82
4
19.4
263.93
0
24.8
259.91
2
24.8
260.85
4
24.8
263.96
0
26.4
259.82
2
26.4
260.76
4
26.4
263.87
0
44.2
246.15
2
44.2
247.09
4
44.2
250.2
0
61.2
234.47
2
61.2
235.41
4
61.2
238.52
0
78.6
218.17
2
78.6
219.11
4
78.6
222.22
0
91.5
215.92
2
91.5
216.86
4
91.5
219.97
0
97.3
216.1
2
97.3
217.04
4
97.3
220.15
0
106.8
216.98
2
106.8
217.92
4
106.8
221.03
0
121.6
217.47
2
121.6
218.41
4
121.6
221.52
0
132.4
218.05
2
132.4
218.99
4
132.4
222.1
0
145.6
218.45
2
145.6
219.39
4
145.6
222.5
0
173.8
218.96
2
173.8
219.9
4
173.8
223.01
0
191.7
219.43
2
191.7
220.37
4
191.7
223.48
0
203.6
230.78
2
203.6
231.72
4
203.6
234.83
0
216.5
242.88
2
216.5
243.82
4
216.5
246.93
0
228.7
255.04
2
228.7
255.98
4
228.7
259.09
0
241.1
267.44
2
241.1
267.44
4
241.1
267.44
0
253.7
279.81
2
253.7
279.81
4
253.7
279.81
0
265.3
291.2
2
265.3
291.2
4
265.3
291.2
0
279.1
304.52
2
279.1
304.52
4
279.1
304.52
0
293.1
300.3
2
293.1
300.3
4
293.1
300.3
年
起点距（m）
高程（m）
年
起点距（m）
高程（m）
年
起点距（m）
高程（m）
6
0
300.2
8
0
300.2
10
0
300.2
6
10.5
272.29
8
10.5
272.29
10
10.5
272.29
6
15.8
267.01
8
15.8
267.01
10
15.8
267.01
6
18.2
267
8
18.2
267
10
18.2
267
6
18.9
266.41
8
18.9
267
10
18.9
267
6
19.4
266.67
8
19.4
267
10
19.4
267
6
24.8
266.7
8
24.8
267
10
24.8
267
6
26.4
266.61
8
26.4
267
10
26.4
267
6
44.2
252.94
8
44.2
264.22
10
44.2
267
6
61.2
241.26
8
61.2
252.54
10
61.2
255.09
6
78.6
224.96
8
78.6
236.24
10
78.6
238.79
6
91.5
222.71
8
91.5
233.99
10
91.5
236.54
6
97.3
222.89
8
97.3
234.17
10
97.3
236.72
6
106.8
223.77
8
106.8
235.05
10
106.8
237.6
6
121.6
224.26
8
121.6
235.54
10
121.6
238.09
6
132.4
224.84
8
132.4
236.12
10
132.4
238.67
6
145.6
225.24
8
145.6
236.52
10
145.6
239.07
6
173.8
225.75
8
173.8
237.03
10
173.8
239.58
6
191.7
226.22
8
191.7
237.5
10
191.7
240.05
6
203.6
237.57
8
203.6
248.85
10
203.6
251.4
6
216.5
249.67
8
216.5
260.95
10
216.5
263.5
6
228.7
261.83
8
228.7
267
10
228.7
267
6
241.1
267.44
8
241.1
267.44
10
241.1
267.44
6
253.7
279.81
8
253.7
279.81
10
253.7
279.81
6
265.3
291.2
8
265.3
291.2
10
265.3
291.2
6
279.1
304.52
8
279.1
304.52
10
279.1
304.52
6
293.1
300.3
8
293.1
300.3
10
293.1
300.3
图5坝前断面变化曲线
六、结果分析
1、剖面形态分析
A、纵断面淤积情况分析：
由深泓变化曲线图可以看出，随着时间地增加，河道深泓点高程成增高趋势.该水库运行10年后，在距坝约10000M处，深泓点高程增加40多M，计算结果表明，该水库泥沙以淤积为主，致使水库库容逐年损失，且情况较为严重.
B、坝前断面变化曲线分析：
由坝前断面变化曲线图可以看出，随着时间地增加，坝前断面各点地总体高程也成增高趋势.该水库运行10后，该断面河床抬高20多M，表明在该处河道逐年以淤积为主，且淤积情况较为严重.
2、库容损失合理性分析
由水位
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