【摘要】：洪水災(zāi)害是我國甚至全球發(fā)生次數(shù)最頻繁、影響程度最嚴重的自然災(zāi)害之一。探究洪水演進數(shù)學模型是防治洪澇災(zāi)害保障系統(tǒng)理論的關(guān)鍵構(gòu)成與重要的分析手段。當前對于洪水演進模型的相關(guān)研究中,將河流滲漏損失影響納入模型中的研究不多。鑒于中國北方干旱或半干旱地域的河流大部分均為季節(jié)性的河流,汛前期河床常常出現(xiàn)干枯斷流現(xiàn)象,行洪期沿程河床洪流呈現(xiàn)暴漲暴落特征,且滲漏損失量比較大,汛期河道滲漏直接影響了行洪流量與行洪過程。因此,季節(jié)性河道滲漏規(guī)律、滲漏損失量的計算及其對洪水運動過程影響探究成為關(guān)鍵。研究成果對于干旱或半干旱區(qū)域河流洪水預(yù)報、防洪抗災(zāi)以及水資源綜合利用將具有重要的科學意義和應(yīng)用價值。首先,以季節(jié)性河流大沽河流域上、中、下游3處代表性河道野外垂向入滲試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用Matlab軟件對Horton模型、Kostiakov模型與Philip模型3種入滲模型應(yīng)用,求得模型入滲參數(shù),分別對數(shù)據(jù)擬合分析,并評價了各模型的適宜性。其次,以流體力學相關(guān)原理為基礎(chǔ),對河道洪水演進的基本數(shù)學方程進行分析,構(gòu)建耦合滲漏損失項的季節(jié)性河道洪水演進數(shù)學模型,并數(shù)值離散求解,給出定解條件等。再其次,利用FORTRAN語言開發(fā)一套耦合滲漏項的洪水演進方程組計算程序。最后,利用實例資料驗證所建模型的可靠性與有限性。通過上述對數(shù)據(jù)擬合分析、模型構(gòu)造以及程序研究開發(fā)與驗證,得到了以下幾點結(jié)論:(1)隨著季節(jié)性大沽河河道上、中、下游沙樣的孔隙度、粒徑、滲漏系數(shù)依次減小,干容重依次增大,河床穩(wěn)定入滲率依次減小,分別約為0.0066 cm/s,0.0041cm/s,0.0025 cm/s。3處代表性河床垂直入滲速率曲線的擬合結(jié)果顯示,利用Matlab軟件中Isqcurvefit函數(shù)適用于求得入滲模型參數(shù);Horton模型與Kostiakov模型對上、中、下游河床垂直入滲過程擬合效果較好,Philip模型的擬合效果較差。其中,Horton模型的擬合系數(shù)最高,并且模型入滲參數(shù)具有一定的物理意義,適合描述季節(jié)性河床入滲進程。(2)以流體力學相關(guān)原理為基礎(chǔ),對河道洪水演進數(shù)學基本方程進行探析,構(gòu)建了耦合滲漏項的季節(jié)性河道洪水演進數(shù)學模型,并詳細介紹了Preissmann四點偏心隱格式離散考慮滲漏項的連續(xù)性方程和運動方程,追趕法數(shù)值求解的計算過程,且分別討論了初始條件和內(nèi)外邊界條件具體給定方法,從整個結(jié)果來看數(shù)值求解與邊界給定的方法行之有效。(3)在野外垂向滲漏試驗研究和考慮滲漏項的洪水演進方程離散求解理論分析過程基礎(chǔ)上,利用FORTRAN語言與編譯器開發(fā)編寫了一套考慮滲漏項的洪水演進方程計算程序。從運行結(jié)果上來看,運行速度較快,其輸出結(jié)果可信度較高。(4)利用大沽河實例資料驗證結(jié)果顯示,耦合滲漏項的洪水演進數(shù)學模型計算結(jié)果與實測資料吻合程度較好,表明了耦合模型相關(guān)參數(shù)的選取基本符合實際情況,將河床滲漏損失耦合到圣維南方程組之中輸出效果良好,應(yīng)用該模型系統(tǒng)進行季節(jié)性河道洪水演進模擬預(yù)報是合理和有效的。
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV122
【圖文】：

圖 2.1 大沽河河道試驗場地位置表 2.1 試驗場地包氣帶水理特性經(jīng)緯度 孔隙度/%中值粒徑/mm最大干容重/（kg·m-3）初始含水率/%6°47′06.4″0°25′07.7″43.62 0.94 1420 3.44 6°30′34.3″0°17′34.4″42.00 0.81 1570 2.25 6°26′01.8″0°07′37.9″40.98 0.57 1650 3.47 型擬合與結(jié)果分析者在研究水分入滲過程提出了許多半理論半經(jīng)驗性的或

上游第一組試驗入滲速率實測值與Horton模擬曲線

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本文編號：2719546