一维非恒定流数学模型参数若干问题研究.pdf

RIVER 人民珠江2015年第3期·PEARL 一维非恒定流数学模型参数若干问题研究 田兆伟 (广东省水文局惠州水文分局，广东 惠州516003) 摘要：一维非恒定流数学模型能较合理的模拟河道水流演进，广泛应用于洪水及水污染预警预报。采用Preiss． malMl隐式差分格式构建模型，通过在虚拟概化河道的计算，对w形河道断面概化及模型主要参数进行分析，提出 天然河道w形断面概化处理方法，得到主要参数与计算结果的相关关系，为模型参数率定及取值合理性分析提供 参考依据。 关键词：一维非恒定流；断面概化；参数取值；模型 中图分类号：TVl33．2；U467．1文献标识码：B 文章编号：1001-9235(2015)03-0016-05 0前言 了河道断面概化处理方法，总结了模型主要参数与计算结果 我国是个旱涝灾害频发的国家，每年都会因灾造成人员 的相关关系。 伤亡及经济损失。随着近年经济社会的快速发展，水污染威 1模型原理简介 胁也在不断加大，突发水污染事件发生的频率明显升高。在 一维非恒定流模型的构建实际上就是运用数值分析方 法求解圣维南方程组的过程HJ，一维圣维南方程组基本方程 加强堤围、分蓄洪区建设及河道整治等基础工程建设的同 为： 时，加强洪水及水污染预警预报等非工程措施的研究也十分 必要。目前，洪水及水污染预警预报主要有水文学和水动力 连续方程：詈+古警=舌 (1) 学方法，其中水动力学方法是建立在求解圣维南方程组基础 上的水流演进模拟，其考虑了水流动力因素，克服了传统水 动量方程：警+(cA一等)意+竿磐 文学方法的缺点…，随着计算机技术的飞速发展而得到广泛 =箸外一裂=。 ㈤ 应用。在求解圣维南方程组的众多方法中，Preissmann四点 隐式差分格式因为具有较好的数值稳定性、时空步长取值较 式中 卜断面水位，m；Q——流量，m3／s；A——河道过水 大旧。而成为较常用的求解方法。笔者在学习查阅文献过程 面积，m2；广重力加速度，m／s2；B——水面宽，m； 中发现，大多数都是关于该模型原理介绍或是具体的实例应 g——旁侧入流流量，m3／s；R-水力半径，m；c—— 用J，关于模型参数取值的合理性及参数取值对计算结果的 谢才(Chezy)系数，可由曼宁公式c=』氓…推求； 影响研究不多。实际上其对于模型率定有重要意义，一是可 n——河道糙率；省、t是位置和时间坐标。 以验证所建立模型的是否正确，即通过参数物理意义分析不 同取值，模型计算结果变化的合理性；二是在人机交互率定 格式将式(1)和式(2)进行差分并整理，可得任一微段差分 参数时，可以快速、准确的找到适合该河段或断面的参数，提 方程式(3)(为书写方便，忽略式中上标m+1)： 高模型率定效率。 2哆 』一Q+Q+-+q弓+q弓+t (3) 另外，在天然河道的水流模拟计算过程中，往往需要对 、EiQi七GiQi“一Fizl+FiZi“=零i 断面进行概化以后才能计算，比如典型的w形断面，高水时 其中： 断面中问凸起部分被淹没，是一个连续过水断面，满足圣维 哆嚣{-△誓 南方程组的连续性要求；低水时断面中间凸起部分露出水 、一2At