李晓华_西北江三角洲水动力模型研究.pptVIP

西北江三角洲水动力模型研究 * * 报告人： 李晓华 指导老师： 陈晓宏 教授 中山大学地理科学与规划学院水资源与环境系 · 研究区域概述 珠江三角洲北依白云山，南濒南海，河网区纵横交错，主要由西江、北江、东江、潭江、高明河及流溪河下游冲积形成的复合三角洲平原，总面积约11281平方公里，包括广州市区、佛山市、中山市、珠海市、江门市、深圳市、东莞市、等地区。西北江三角洲水系图详见右图。 西江由高要市进入三水区境内后，由思贤滘与北江相通，主流折向南行至甘竹滩，通过甘竹溪与北江相通，再下至南华，分为东海和西海两条水道。东海水道分流为小榄水道和鸡鸦水道，汇合后流入横门水道出海，部分经容桂水道汇合顺德支流后流入洪奇沥。桂洲水道沟通鸡鸦水道与洪奇沥。西海水道为西江下游主流，一支经中山磨刀门出海，另一支至江门流入银洲湖，汇合潭江支流从崖门出海。 北江流经清远市进入三水区境内，至思贤滘与西江相通，主流折向东南行，流经三水西南至南海紫洞通顺德水道，经洪奇沥、沙湾水道由蕉门出海。主流在三水芦苞、西南的分流入芦苞涌、西南涌至官窑附近汇合后流入珠江；在南海紫洞分流为潭洲水道，至西海口附近复与顺德水道汇合。 · 研究方法 （1）控制方程 水流运动的一维非恒定流基本方程组为： 式中：x，t分别为距离和时间坐标，A为过水断面面积，Q为流量，Z为水位，q为单位长度的旁侧入流量，C为谢才（Chezy）系数，为动量校正系数，g为重力加速度 （2）差分格式 （3）节点方程的求解 目前，节点方程的求解方法主要有高斯消去法及矩阵标识法，其中高斯消去法的计算效率依赖于节点的最优编码，使得程序的可移植性、可扩充性都受到限制；而矩阵标识法用迭代法避免了这一缺点，且具有编程简单的优点。 矩阵标识法求解的基本思想是：根据节点水位方程系数矩阵的高稀疏性，对矩阵的非零元素进行代码标识。按照代码指示，把非零元素用一维数组存贮，排除零元素，节约内存。求解时，由代码指示，只对非零元素进行运算，从而大大提高方程组求解计算的效率。 这种方法具有如下的特点：①由于只存贮非零元素，节约计算机的内存资源；②求解只对非零元素进行运算，提高了计算效率；③求解的工作量只取决于河网的结构，与河网节点的编码无关；④采用这种方法求解河网时，河道、节点的编码可以任意，增强模型的可扩充性。 · 河网水动力模型的率定及验证 （1）河网概化 上游边界取为北江的石角、西江的高要、流溪河的牛心岭水文（位）站，下游边界取为黄埔（珠江广州河段）、三沙口（沙湾水道）、南沙（蕉门水道）、万顷沙西（洪奇沥）、横门（横门水道）、灯笼山（磨刀门水道）、黄金（鸡啼门水道）、黄冲（崖门水道）、西炮台（虎跳门水道），均有常规逐时流量或潮位观测资料可以利用。为计算的简化和可行性，将河网区进行概化。概化后共有河道139条，断面582个，内节点84个，内河道125条，外河道14条。 西北江三角洲河网区内水闸众多，但由于大多无观测资料。因此，模型验证中只考虑了芦苞水闸、西南水闸和沙口水闸。 （2）参数率定 根据多个单位已有的研究成果，珠江三角洲的河床糙率范围为0.016～0.035，在此基础上，通过计算调试率定出西北江三角洲河网区枯水期河道糙率在0.016~0.044之间，计算时间步长为10min，空间步长为500m至2500m不等。 选取三水、马口、容奇、小榄和南华站作为水动力模型的率定站点，将同步监测（1991年12月15日1:00~17日24:00）的观测水位资料与计算结果进行对比。马口站水位计算结果与观测值的平均绝对误差为0.03 m，潮位峰谷值的计算偏差在0.003m~0.023m之间；三水站的平均绝对误差为0.04m，潮位峰谷值的计算偏差在0.012m~0.069m之间；容奇站的平均绝对误差为0.06m，潮位峰谷值的计算偏差在0.023m~0.07m之间；小榄站的平均绝对误差为0.04m，潮位峰谷值的计算偏差在0.026m~0.063m之间；南华站的平均绝对误差为0.06m，潮位峰谷值的计算偏差在0.007 m ~0.1m之间。 （2）模型验证 验证范围 验证范围的上边界为西江干流的马口站，北江的三水站，白坭河的鸦岗，下边界控制站包括天河站、黄埔、三沙口、南沙、万倾沙西、横门等。为计算的简化和可行性，将河网区进行概化。概化后共有河道118条，断面595个，内节点68个，内河道109条，外河道9条。 边界条件、初始条件的拟定 水动力模型验证的边界条件：上游边界断面马口、三水、鸦岗采用2001年枯季2月7日~15日实测流量过程线，下游控制边界采用同期实测