本書采用實測資料分析、力學理論分析及數(shù)學模型計算的綜合研究方法，針對多沙河流水庫的水沙運動規(guī)律及數(shù)值模擬技術開展了深入研究。本書研究內(nèi)容包括多沙河流水庫中的不同水沙輸移類型，對其產(chǎn)生機理、運動規(guī)律及對水庫運行的影響做了全面闡述，并且凝練了作者對水庫異重流、溯源沖刷以及干支流倒回灌方面的研究成果。本書內(nèi)容可為多沙河流水沙運動規(guī)律研究提供借鑒，還可為水沙耦合數(shù)學模型的開發(fā)與應用提供指導。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意義 2
1.2 研究進展 3
1.2.1 水庫異重流 3
1.2.2 水庫溯源沖刷 5
1.2.3 水庫干支流倒回灌 7
1.3 本書主要內(nèi)容 8
第2章 異重流流速與含沙量沿垂向分布規(guī)律 10
2.1 異重流交界面位置的確定方法 10
2.2 異重流流速沿垂向分布規(guī)律 11
2.2.1 最大流速點以下部分(Ⅰ區(qū))流速分布 13
2.2.2 最大流速點以上部分(Ⅱ區(qū))流速分布 19
2.2.3 統(tǒng)一流速分布公式 20
2.3 異重流含沙量沿垂向分布規(guī)律 22
2.4 小結 24
第3章 異重流運動控制方程及潛入點判別條件 25
3.1 水庫異重流研究過程 25
3.2 水庫異重流現(xiàn)象描述 26
3.3 異重流運動控制方程的推導 29
3.3.1 有效重力、慣性力及阻力 29
3.3.2 異重流的靜水壓力分布 32
3.3.3 異重流運動的連續(xù)方程 35
3.3.4 異重流運動的動量方程 36
3.4 已有異重流潛入點判別條件及完善 39
3.4.1 已有潛入點判別條件分析 39
3.4.2 已有異重流水槽試驗資料分析 42
3.4.3 異重流潛入點判別條件的完善 43
3.4.4 完善后的異重流潛入點判別條件的驗證 46
3.5 小結 48
第4章 水庫異重流的輸沙特點與洪水傳播規(guī)律 57
4.1 異重流平均流速與泥沙沉速的關系 57
4.2 異重流的輸沙規(guī)律 60
4.2.1 異重流挾沙力 60
4.2.2 異重流的不平衡輸沙規(guī)律 65
4.3 異重流持續(xù)運動條件的定性描述及定量估計 65
4.3.1 異重流持續(xù)運動條件的定性描述 66
4.3.2 異重流持續(xù)運動條件的定量估計方法 68
4.4 庫區(qū)異重流傳播時間計算 73
4.4.1 洪水波波速的計算方法 73
4.4.2 庫區(qū)異重流傳播時間的估算方法 77
4.5 本章小結 79
第5章 庫區(qū)干支流倒回灌過程計算方法 81
5.1 干支流倒回灌的影響 81
5.2 基于分流比概念的倒灌計算方法 82
5.3 基于動量方程的異重流倒灌計算方法 83
5.3.1 已有倒灌流量計算公式總結 84
5.3.2 異重流倒灌流量公式推導 85
5.3.3 倒灌流量公式驗證 88
5.4 基于水庫蓄泄關系的干支流倒回灌計算方法 91
5.5 支流異重流沿程變化及倒灌長度計算 92
5.6 干支流倒回灌水沙過程計算的新方法 95
5.6.1 庫區(qū)典型水沙過程 96
5.6.2 庫區(qū)干支流水位變化 97
5.6.3 分時段計算干支流倒回灌水沙過程 100
5.7 本章小結 101
第6章 水庫溯源沖刷規(guī)律及計算方法 103
6.1 水庫溯源沖刷模式 103
6.2 溯源沖刷的輸沙率計算 106
6.2.1 基于能量平衡的輸沙率公式 106
6.2.2 以床面切應力為主要參數(shù)的輸沙率方程 107
6.2.3 其他經(jīng)驗公式 110
6.3 溯源沖刷縱剖面演化計算 112
6.3.1 給定縱剖面曲線類型的計算方法 112
6.3.2 縱剖面偏微分方程的解析計算 115
6.3.3 數(shù)值求解方法 120
6.4 本章小結 121
第7章 多沙河流水庫水沙調(diào)度模型的建立及其應用 122
7.1 水庫水沙調(diào)度模型研究進展 122
7.2 水庫水沙調(diào)度一維模型的建立 124
7.2.1 模型控制方程 126
7.2.2 控制方程離散 126
7.2.3 模型中關鍵問題的處理 128
7.2.4 數(shù)學模型的計算流程 136
7.3 水沙調(diào)度模型在三門峽水庫中的率定及驗證 139
7.3.1 三門峽庫區(qū)概況 139
7.3.2 三門峽庫區(qū)數(shù)學模型的率定 145
7.3.3 模型驗證計算(庫區(qū)三河段沖淤過程的模擬) 150
7.4 三門峽水庫運用方式及其對潼關高程影響的數(shù)學模型研究 152
7.4.1 各種計算方案與初始條件 152
7.4.2 典型水沙系列的特征值統(tǒng)計 155
7.4.3 各種方案的計算結果與分析 157
7.5 本章小結 161
第8章 考慮干支流倒回灌的水庫明流與異重流耦合模型 162
8.1 水庫明流與異重流耦合數(shù)學模型 162
8.1.1 耦合模型的控制方程 163
8.1.2 方程組封閉 169
8.1.3 數(shù)值計算方法 171
8.1.4 干支流倒回灌過程計算 175
8.1.5 模型求解流程 176
8.2 異重流水槽試驗模擬 178
8.2.1 恒定流量下的異重流潛入實驗模擬 178
8.2.2 釋放定量渾水的異重流實驗模擬 180
8.3 三門峽水庫異重流運動過程模擬 182
8.3.1 三門峽庫區(qū)概況 182
8.3.2 耦合模型的邊界條件 183
8.3.3 模型率定 185
8.3.4 模型驗證 188
8.4 本章小結 191
第9章 小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙運用過程的數(shù)值模擬 192
9.1 小浪底水庫與調(diào)水調(diào)沙概述 192
9.2 模型率定(2002年調(diào)水調(diào)沙過程模擬) 195
9.3 模型驗證(2006年調(diào)水調(diào)沙過程模擬) 197
9.3.1 計算條件 197
9.3.2 渾水明流要素分析 199
9.3.3 異重流要素分析 200
9.3.4 干支流倒回灌流量分析 203
9.3.5 排沙比分析 204
9.4 模型驗證(2004年調(diào)水調(diào)沙過程模擬) 204
9.4.1 計算條件 204
9.4.2 計算結果分析 205
9.5 模型驗證及參數(shù)敏感性分析(2012年調(diào)水調(diào)沙過程模擬) 208
9.5.1 計算條件 208
9.5.2 計算結果分析 209
9.5.3 模型參數(shù)敏感性分析 214
9.6 本章小結 216
第10章 多沙河流水庫溯源沖刷過程的一二維數(shù)值模擬 218
10.1 溯源沖刷過程的一維數(shù)值模擬 218
10.1.1 溯源沖刷水槽試驗模擬 218
10.1.2 小浪底水庫干流溯源沖刷模擬結果 223
10.2 溯源沖刷過程的二維數(shù)學模型 224
10.2.1 控制方程 225
10.2.2 數(shù)值方法 226
10.2.3 二維模型數(shù)字地形的生成 232
10.3 溯源沖刷過程的二維數(shù)值模擬 234
10.3.1 水槽試驗中溯源沖刷過程的二維模擬 234
10.3.2 小浪底支流畛水口門溯源沖刷過程模擬 237
10.4 本章小結 250
參考文獻 251
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