河流模拟课程设计水库一维泥沙淤积计算范本模板.docx

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河流模拟课程设计水库一维泥沙淤积计算范本模板

水库一维泥沙

淤积计算课程设计

武汉大学水利水电学院

2013-3-15

一、目的与要求

通过课程设计,初步掌握一维数学模型建立数学模型的基本过程和计算方法，具备一定的解决实际问题的能力。

以水流、泥沙方程为基础,构建恒定流条件下的河道一维水沙数学模型，并编制出完整的计算程序，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，推移质的均匀沙模型，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：

水流运动方程

或

泥沙连续方程

河床变形方程

推移质平衡输沙方程

G=G*

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公式中的能坡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

在恒定流情况下有

，离散为：

Q=const

方程

变形为

或

上式离散为

方程（4）去掉时间项得到

该方程的解析解为：

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的关系（A

Z），进而求得断面平均流速

，水力学半径

2、读入一个时段的水沙数据　（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，同时得到各断面的水力要素

求得各个断面的河宽、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〈npnxt

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的1。

5％计算的）。

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历年淤积总量的变化

年

悬移质输沙量（万吨）

年均流量（万吨）

总淤积量（亿立方米）

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历年淤积总量的变化

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、水面线的变化

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的更加直观，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

、纵断面淤积情况分析:

由深泓变化曲线图可以看出，随着时间的增加，河道深泓点高程成增高趋势。

该水库运行10年后,在距坝约10000米处，深泓点高程增加40多米，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.

、坝前断面变化曲线分析：

由坝前断面变化曲线图可以看出,随着时间的增加，坝前断面各点的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多米，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

由水位库容曲线可以看出，水库在运行10年后,经计算可知,在273m水位条件下，库容的损失率为77.89％，在241m的水位条件下，库容的损失率高达95。

92％，计算结果表明，经过十年的运行，水库库容基本成