黄河河口潮流泥沙二维数学模型建立和验证.pdfVIP

黄河河口潮流泥沙二维数学 模型建立及验证’ 张红武1李东风2钟德钰1 (1．清华大学水利水电系，北京，100084； 2．浙江水利水电专科学校，浙江杭州，310016) 一…”……ww…、-～………一………”^～。熊穆印～，·。—————————～一………～ 摘要黄河河口不断淤积延伸是造成下游河床淤积抬高的主要原因之一，为论证各种河口 治理方案的合理性，开展了黄河河口数学模型麓泥沙淤积规律的研究。所建立的数学模型除 包括河海水流速动方程之外，还引入了笔者修正的泥沙连续方程和河床变形方程以夏适用性 很强的潮流蕞沙能力公式，井在此基础上，采用1982年实测资料，从潮位过程、流速分布 厦海底冲淤变形等方面，对数学模型进行了验证计算。 关t词敷学模型；泥沙淤积；河口潮流 一、引言 黄河水少沙多，近几年来，进入下游水量急剧减少，下游河段的泥沙淤积仍在持续发 展。黄河河口又是弱潮多沙摆动频繁的堆积性河口，河口不断淤积延伸，是造成下游河床 淤积抬高的主要原因之一。如何减少泥沙在山东河段及其在河El的淤积，减缓河口外延速 度是治理的关键，它不仅是黄河下游长治久安的要求，也是河口地区经济发展的迫切需 要。为解决黄河河口河段不抬高的问题，有关部门和专家提出了不同的河I：1治理方案。其 中，李殿魁提出的双导堤工程、黄委会提出的综合措施及林秉南、张仁提出的引海水冲刷 下游河道方案对黄河河口治理方案具有代表性，笔者提出的输(束水攻沙，输沙人海)、 挖(挖沙疏浚，建平原沙库)、分(稀遇洪水靠分而不需改道)并举之策，也可能是有效 的。故此开展了黄河河口数学模型及泥沙淤积规律的研究，以便进一步论证各种方案的合 理性。 二、基本及补充方程 (一)河海水漉运动方程 黄河河口潮流泥沙二维数学模型，必须包括河海水流运动方程 * 奉研究得到了高等学校全国优秀博士学位论文作者专项赍金资助(项目编号：199935)。 作者简介：张红武(1958～)，博士，教授，博士生导师，主要从事河流动力学、河流模拟等方面的研究工作。 河口论文 (1)河海水流连续方程[1 ’ ” 丝3t+掣=oa墨 J (2)河海水流动力方程【2 C=上R“(水力半径R=H) 式中U——垂线平均流速； H——水深； z——水位； c——谢才系数； g、s——重力加速度、紊动粘滞系数； 产一科氏力系数。 f=2Ⅲsin≠ 其中。——地球自转角速度； ≠——地理纬度。 ％=[：一j] 为系数矩阵 在满足计算精度的前提下，为节省计算时间，可取e为常数或采用零方程模型。在零 方程模型中，根据张红武的“涡团模式”[3】，得出e=c。“+=／丁丽=习，沿水深积分， 可推求出垂线平均紊动粘性系数表达式为 8 e=詈c∥。hh 2百。∥* 式中“．——摩阻流速； ^——水深； “——涡团参数。 (2-)泥沙运动方程 常见的河口泥沙数学模型中的泥沙运动基本方程，是在引入泥沙同紊流脉动完全跟 随，紊动扩散作用是支持泥沙悬浮的惟一力量及水平扩散对河床变形影响较少等一系列假 设条件下获得的。对于黄河河口河段，含沙量、泥沙粒径变幅大，河床局部的纵横底坡并 不很小的情况下，上述假设很难成立，为此从异质粒子与紊流场的相互作用等方面人手， 修正了泥沙连续方程和河床变形方程，对三维悬移质泥沙运动扩散方程和连续方程沿水深 积分，引入一些关于沿水深平均物理量的定义，对扩散项的积分用Fick定律表示，最后 可推出沿深度平均的泥沙连续运动