【摘要】：洪水災(zāi)害是我國(guó)甚至全球發(fā)生次數(shù)最頻繁、影響程度最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。探究洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型是防治洪澇災(zāi)害保障系統(tǒng)理論的關(guān)鍵構(gòu)成與重要的分析手段。當(dāng)前對(duì)于洪水演進(jìn)模型的相關(guān)研究中,將河流滲漏損失影響納入模型中的研究不多。鑒于中國(guó)北方干旱或半干旱地域的河流大部分均為季節(jié)性的河流,汛前期河床常常出現(xiàn)干枯斷流現(xiàn)象,行洪期沿程河床洪流呈現(xiàn)暴漲暴落特征,且滲漏損失量比較大,汛期河道滲漏直接影響了行洪流量與行洪過程。因此,季節(jié)性河道滲漏規(guī)律、滲漏損失量的計(jì)算及其對(duì)洪水運(yùn)動(dòng)過程影響探究成為關(guān)鍵。研究成果對(duì)于干旱或半干旱區(qū)域河流洪水預(yù)報(bào)、防洪抗災(zāi)以及水資源綜合利用將具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。首先,以季節(jié)性河流大沽河流域上、中、下游3處代表性河道野外垂向入滲試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用Matlab軟件對(duì)Horton模型、Kostiakov模型與Philip模型3種入滲模型應(yīng)用,求得模型入滲參數(shù),分別對(duì)數(shù)據(jù)擬合分析,并評(píng)價(jià)了各模型的適宜性。其次,以流體力學(xué)相關(guān)原理為基礎(chǔ),對(duì)河道洪水演進(jìn)的基本數(shù)學(xué)方程進(jìn)行分析,構(gòu)建耦合滲漏損失項(xiàng)的季節(jié)性河道洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型,并數(shù)值離散求解,給出定解條件等。再其次,利用FORTRAN語言開發(fā)一套耦合滲漏項(xiàng)的洪水演進(jìn)方程組計(jì)算程序。最后,利用實(shí)例資料驗(yàn)證所建模型的可靠性與有限性。通過上述對(duì)數(shù)據(jù)擬合分析、模型構(gòu)造以及程序研究開發(fā)與驗(yàn)證,得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)隨著季節(jié)性大沽河河道上、中、下游沙樣的孔隙度、粒徑、滲漏系數(shù)依次減小,干容重依次增大,河床穩(wěn)定入滲率依次減小,分別約為0.0066 cm/s,0.0041cm/s,0.0025 cm/s。3處代表性河床垂直入滲速率曲線的擬合結(jié)果顯示,利用Matlab軟件中Isqcurvefit函數(shù)適用于求得入滲模型參數(shù);Horton模型與Kostiakov模型對(duì)上、中、下游河床垂直入滲過程擬合效果較好,Philip模型的擬合效果較差。其中,Horton模型的擬合系數(shù)最高,并且模型入滲參數(shù)具有一定的物理意義,適合描述季節(jié)性河床入滲進(jìn)程。(2)以流體力學(xué)相關(guān)原理為基礎(chǔ),對(duì)河道洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)基本方程進(jìn)行探析,構(gòu)建了耦合滲漏項(xiàng)的季節(jié)性河道洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型,并詳細(xì)介紹了Preissmann四點(diǎn)偏心隱格式離散考慮滲漏項(xiàng)的連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程,追趕法數(shù)值求解的計(jì)算過程,且分別討論了初始條件和內(nèi)外邊界條件具體給定方法,從整個(gè)結(jié)果來看數(shù)值求解與邊界給定的方法行之有效。(3)在野外垂向滲漏試驗(yàn)研究和考慮滲漏項(xiàng)的洪水演進(jìn)方程離散求解理論分析過程基礎(chǔ)上,利用FORTRAN語言與編譯器開發(fā)編寫了一套考慮滲漏項(xiàng)的洪水演進(jìn)方程計(jì)算程序。從運(yùn)行結(jié)果上來看,運(yùn)行速度較快,其輸出結(jié)果可信度較高。(4)利用大沽河實(shí)例資料驗(yàn)證結(jié)果顯示,耦合滲漏項(xiàng)的洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)資料吻合程度較好,表明了耦合模型相關(guān)參數(shù)的選取基本符合實(shí)際情況,將河床滲漏損失耦合到圣維南方程組之中輸出效果良好,應(yīng)用該模型系統(tǒng)進(jìn)行季節(jié)性河道洪水演進(jìn)模擬預(yù)報(bào)是合理和有效的。
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV122
【圖文】：

圖 2.1 大沽河河道試驗(yàn)場(chǎng)地位置表 2.1 試驗(yàn)場(chǎng)地包氣帶水理特性經(jīng)緯度 孔隙度/%中值粒徑/mm最大干容重/（kg·m-3）初始含水率/%6°47′06.4″0°25′07.7″43.62 0.94 1420 3.44 6°30′34.3″0°17′34.4″42.00 0.81 1570 2.25 6°26′01.8″0°07′37.9″40.98 0.57 1650 3.47 型擬合與結(jié)果分析者在研究水分入滲過程提出了許多半理論半經(jīng)驗(yàn)性的或

上游第一組試驗(yàn)入滲速率實(shí)測(cè)值與Horton模擬曲線

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本文編號(hào)：2719546