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1、一维泥沙淤积计算水库一维泥沙淤积计算课程设计武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院2013-3-152013-3-15一维泥沙淤积计算目录目录一、目的与要求一、目的与要求.1二、基本原理二、基本原理.11 1、基本方程、基本方程 .12 2、方程离散、方程离散 .13 3、公式补充、公式补充 .2三、计算步骤三、计算步骤.3四、计算框图四、计算框图.4五、计算结果五、计算结果.51 1、历年输沙量特征值、历年输沙量特征值 .52 2、各年淤积总量、各年淤积总量 .53 3、各年水位库容关系、各年水位库容关系 .64 4、水面线的变化、水面线的变化 .75 5、深泓变化、深泓变化 .86 6、
2、坝前断面变化、坝前断面变化 .9六、结果分析六、结果分析.121 1、剖面形态分析、剖面形态分析 .122 2、库容损失合理性分析、库容损失合理性分析.12七、计算程序七、计算程序.13一维泥沙淤积计算 1 一、一、 目的与要求目的与要求通过课程设计，初步掌握一维数学模型建立数学模型的基本过程和计算方法，具备一定的解决实际问题的能力。以水流、泥沙方程为基础，构建恒定流条件下的河道一维水沙数学模型，并编制出完整的计算程序，并以某个水库为实例，进行水库泥沙淤积计算。水流条件：恒定非均匀流。泥沙条件：包括悬移质，推移质的均匀沙模型，推移质计算模式为饱和输沙，悬移质计算模式为不饱和输沙，水流泥沙方程采
3、用非耦合解。二、二、 基本原理基本原理1、 基本方程水流连续方程：0 xQ tA水流运动方程fiigAxhgAAQ xtQ 02或 0 34222 RAnQgxzgAAQ xtQ泥沙连续方程)(*SSQSxSAt河床变形方程)(*0 0SSxG tyb推移质平衡输沙方程G=G* 水流挟沙力公式采用张瑞瑾公式，推移质输沙率公式采用 Mayer-_Peter 公式，MAYER-PETER 公式中的能坡 J 按均匀流曼宁公式近似计算（每个断面不同） 。2、 方程离散方程 在恒定流情况下有，离散为:Q=const 0 xQ方程 变形为一维泥沙淤积计算 2 或 0 34222 RAnQ xz AQ xg
4、AQ023422222 RAnQ xz gAQ x上式离散为0)1 (2134342212 12 12 1222 12 1 jjjjjj jj jjjj RAQRAQxnzzAQAQg方程（4）去掉时间项得到)(*SSqxS该方程的解析解为： qx xq qxSSSSSSjjjjjj exp1exp1*1*1由方程（4-5）可得 00 0 tyBxQS xBGb对2 号断面以下，上式可以离散为： 0)1 (1010 0 tyByBxQSQS xBGBGjjjjbb对于进口断面，推移质不考虑，悬移质采用单点离散方程（5）可离散为： 01*1 0)(tSSy3、 公式补充mgRukS 3*K 取
5、0.124，m 取 1.05，干密度取 1.3 0恢复饱和系数 25. 0均匀沙粒径为 d=0.041mm（悬移质） ，d=2 mm（推移质）一维泥沙淤积计算 3 三、三、 计算步骤计算步骤1、输入河床地形糙率等数据求得断面面积与水位的关系（AZ），进而求得断面平均流速，水力学半径 AQu AR 2、读入一个时段的水沙数据 （特别注意，不要一次性将数据全部读入）读入第一时段（Q,S）值3、计算水面线，同时得到各断面的水力要素求得各个断面的河宽、断面面积、水深、平均流速等值计算前要注意在坝前输入水位，各断面均应对流量赋值4、计算悬移质水流挟沙力mgRukS 3*K 取 0.124，m 取 1.0
6、5。5、计算推移质输沙率（采用mayer-peter公式）gdhJnngsssb )(125. 0)(047. 0)(2/12/3 2/3 6、计算各断面含沙量公式 qx xq qxSSSSSSjjjjjj exp1exp1*1*17、 计算各断面冲淤厚度进口断面 01*1 0)( tSSy8、 修改水各断面水下河床高程YHH09、重新进入（2）进行下一循环10、计算10年河床变形，计算时段为一天，单位为秒（s）11、淤积总量年输出一次，其余每两年输出一次计算结果一维泥沙淤积计算 4 四、四、 计算框图计算框图开始读入地形资料和糙率输出初始库容、深泓等i=i+1读入一个 QQ=0计算水流子程序
7、计算 S*和 Gbj=j+1计算 S(j)和 dy(j)判断库尾冲刷与否Jx(m,2,i)thenalow0(i)=x(m,2,i)endifenddoenddoend!*泥沙沉降速度的计算,采用张瑞瑾公式*FUNCTION FW(T,gama,gamas,d,ndisp)IF(NDISP.EQ.-1)WRITE(*,*)INTO FWcall VISCOS(T,CMU)A1=CMU*13.95/dA2=1.09*9.8*d*(gamas-gama)/gamaFW=(A1*2.0+A2)*0.5-A1RETURNEND一维泥沙淤积计算 17 SUBROUTINE VISCOS(T,CMU)X=
8、1.775E-06A=1+0.0337*T+0.*T*TCMU=X/ARETURNEND!*水面线及各断面水力要素计算函数*subroutine level(x,rough,npxt,zlevel,dx,q,npoint,b,a,xw,nn,mm,failev,NDISP)dimension x(mm,2,nn),rough(npxt),dx(npxt),zlevel(npxt)dimension q(npxt),npoint(npxt),b(npxt),a(npxt),xw(npxt)IF(NDISP=-1)WRITE(*,*)INTO LEVELnc=1000dz=0.5dz1=0.1317dz2=2.079call area(npoint(npxt),x(1,1,npxt),x(1,2,npxt),b
