時(shí)間變態(tài)對(duì)水流及泥沙運(yùn)動(dòng)的影響的初步分析

1、時(shí)間變態(tài)對(duì)水流及泥沙運(yùn)動(dòng)的影響的初步分析(1)    摘要：利用一維不恒定水流泥沙數(shù)學(xué)模型，研究泥沙實(shí)體模型試驗(yàn)的時(shí)間變態(tài)問(wèn)題。針對(duì)上游流量和泥沙濃度呈階梯形變化的邊界條件問(wèn)題，通過(guò)比較模型與原型尺度下的水流條件、泥沙濃度、累計(jì)淤積面積等各物理量的差異，定量地描述了時(shí)間變率、模型長(zhǎng)度、水沙的不恒定性等對(duì)模型試驗(yàn)可能造成的影響，并對(duì)誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：時(shí)間變態(tài) 實(shí)體模型 數(shù)學(xué)模型 不恒定流 1 概述泥沙實(shí)體模型試驗(yàn)是研究工程泥沙問(wèn)題的重要手段。長(zhǎng)期以來(lái)，隨著葛洲壩，三峽等大型水利工程的建設(shè)，實(shí)體模型試驗(yàn)水平在我國(guó)得到了很大的提高，在工程論證

2、中發(fā)揮了重要作用。但實(shí)體模型還存在著很多問(wèn)題，首先是幾何比尺的選擇，基于水沙運(yùn)動(dòng)相似性的要求和場(chǎng)地等條件的限制，常常將水平比尺和垂向比尺設(shè)計(jì)為不同的數(shù)值，這就造成了模型的幾何變態(tài)；其二是模型沙的選擇，在按照幾何比尺縮小的模型上，為了滿足泥沙運(yùn)動(dòng)相似，常常采用輕質(zhì)沙。到目前為止，利用輕質(zhì)沙進(jìn)行的模型試驗(yàn)都不能統(tǒng)一水流運(yùn)動(dòng)和河床變形兩個(gè)時(shí)間比尺，存在時(shí)間變態(tài)。這兩種變態(tài)的存在，給模型試驗(yàn)帶來(lái)了誤差。分析這兩種變態(tài)，揭示出產(chǎn)生誤差的原因和偏差程度，是提高模型試驗(yàn)技術(shù)的重要途徑。對(duì)時(shí)間變態(tài)，當(dāng)模擬的過(guò)程為恒定或基本恒定時(shí)，水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的時(shí)間過(guò)程可以在相對(duì)較短的時(shí)間里趨于平穩(wěn)，時(shí)間變態(tài)的影響較小。恒定

3、情況下的這一特點(diǎn)正是確定時(shí)間變態(tài)模型可行的理論基礎(chǔ)。然而實(shí)際的水沙過(guò)程總是變化的，即使人們可以將一個(gè)不斷變化的過(guò)程概化為一系列恒定子過(guò)程，由于動(dòng)態(tài)過(guò)程的慣性作用，恒定子過(guò)程之間總是存在相互影響的。在天然尺度情況下，這些恒定子過(guò)程一般可以持續(xù)幾天或更長(zhǎng)，子過(guò)程之間相互的影響很小，但是，在模型中由于控制河床變形的時(shí)間比尺非常大，這些子過(guò)程之間的相互干擾和影響就明顯體現(xiàn)出來(lái)了。同時(shí)，由于水流動(dòng)態(tài)反饋的速度比物質(zhì)傳輸速度更快，往往會(huì)造成水流過(guò)程與泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程的錯(cuò)相，形成水流與泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程實(shí)際上的不相似。過(guò)去，對(duì)時(shí)間變態(tài)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)僅止于定性和局部的描述1，近年來(lái)，人們?cè)噲D對(duì)時(shí)間變態(tài)帶來(lái)的問(wèn)題進(jìn)行定量研究

4、。王兆印2，3對(duì)時(shí)間變態(tài)對(duì)推移質(zhì)淤積的影響進(jìn)行了水槽試驗(yàn)，在一個(gè)大型水庫(kù)回水變動(dòng)區(qū)的推移質(zhì)模型試驗(yàn)中研究了時(shí)間變態(tài)對(duì)沖淤相似性的影響，并用數(shù)學(xué)模型計(jì)算了時(shí)間變態(tài)引起的水流條件的變化，分析了可能的影響因素并提出了模型試驗(yàn)中可采用的改進(jìn)措施；呂秀貞4，向立云5用數(shù)學(xué)模型計(jì)算了幾何變態(tài)模型中時(shí)間變態(tài)對(duì)水流、泥沙過(guò)程的影響；陳稚聰6等對(duì)時(shí)間變態(tài)對(duì)水流挾沙力的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。從前人的研究經(jīng)驗(yàn)可看出，采用模型試驗(yàn)或水槽實(shí)驗(yàn)要受到控制、量測(cè)等條件的限制，不可能全面描述時(shí)間變態(tài)情況下的過(guò)程全貌，而數(shù)學(xué)模型可以很好地描述天然尺度和模型尺度的水流、泥沙運(yùn)動(dòng)及泥沙淤積的動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此，利用數(shù)學(xué)模型可以定量研究時(shí)

5、間變態(tài)對(duì)模型試驗(yàn)結(jié)果的影響，描述各物理量時(shí)間和空間分布的差異，為最終解決這一問(wèn)題提供思路。2 時(shí)間變態(tài)的由來(lái)動(dòng)床河工模型試驗(yàn)的主要目的是模擬河床的變形，但模型試驗(yàn)既要保證水流運(yùn)動(dòng)相似，也要保證泥沙運(yùn)動(dòng)相似。對(duì)占河流輸沙總量的絕大部分準(zhǔn)則有懸移相似、起動(dòng)相似、挾沙相似、河床變形相似等1。水流和懸移運(yùn)動(dòng)相似要求滿足    u=l1/2    (1)    d=(l1/2/(s-)/)1/2    (2)   &

6、#160;泥沙起動(dòng)相似要求滿足        u=uc    (3)    其中u,l,d,(s-)/分別為流速比尺，泥沙沉速比尺，模型幾何比尺，模型沙粒徑比尺及泥沙浮容重比尺，uc為起動(dòng)流速比尺。若選用原型沙或密度接近原型沙的材料為模型沙，為滿足懸浮相似，模型沙必須磨得極細(xì)，才能使得=l1/2。而過(guò)細(xì)的模型沙的粘結(jié)力作用往往比較顯著，起動(dòng)流速較大，難以滿足起動(dòng)相似的要求。為同時(shí)達(dá)到懸移及起動(dòng)相似，須選用輕質(zhì)沙。此時(shí)模型沙密度較小，粒徑

7、可粗些，粘結(jié)力的作用則會(huì)減小甚至不存在，使得起動(dòng)相似易于滿足，同時(shí)亦可通過(guò)選擇粒徑滿足懸浮相似條件。挾沙相似要求    s=s/(s-)/    (4)河床變形相似要求    tb=l/us    (5)而由水流連續(xù)相似可得 本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。  &

8、#160; tf=l/u    (6)其中s,s,分別為泥沙濃度比尺，容重比尺及干容重比尺；tb為泥沙運(yùn)動(dòng)時(shí)間比尺，tf為水流運(yùn)動(dòng)時(shí)間比尺。則有    tb=l/u/s=/stf    (7)同一物理量（時(shí)間）出現(xiàn)了兩個(gè)比尺：河床變形時(shí)間比尺tb及水流連續(xù)時(shí)間比尺tf。只有當(dāng)s=1時(shí)，兩個(gè)時(shí)間比尺才會(huì)相等。而采用輕質(zhì)沙后，s通常遠(yuǎn)大于1，因此，tb遠(yuǎn)大于tf，這就是時(shí)間變態(tài)。通常泥沙模型試驗(yàn)主要是研究河床變形問(wèn)題，故總是把河床變形時(shí)間比尺tb作為模型控制的時(shí)間比尺，

9、較大的河床變形時(shí)間比尺tb也使得包括若干年的長(zhǎng)系列模型試驗(yàn)成為可能。模型試驗(yàn)中，模型進(jìn)口施放流量及尾門調(diào)節(jié)水位是按tb來(lái)進(jìn)行的，而模型中水流自上而下的運(yùn)行過(guò)程及回水自下而上的發(fā)展過(guò)程是受tf控制的。當(dāng)水流大致為恒定流時(shí)，模型中的水力因素基本不因時(shí)而變，時(shí)間變態(tài)造成的影響不明顯；但當(dāng)水流為不恒定流或水流狀態(tài)改變時(shí)，時(shí)間變態(tài)使得流量、水位過(guò)程線受到歪曲，河道槽蓄量不能滿足相似要求，泥沙濃度過(guò)程不相似，從而導(dǎo)致河床變形的不相似。一般，模型沙的比重越小，時(shí)間變態(tài)越嚴(yán)重；水流不恒定性越強(qiáng)、水位變幅越大或模型長(zhǎng)度越長(zhǎng)時(shí)，槽蓄量的歪曲越劇烈，時(shí)間變態(tài)的影響越大。當(dāng)各不利因素同時(shí)出現(xiàn)，時(shí)間變態(tài)導(dǎo)致的河床變形誤

10、差就可能成為不可忽視的問(wèn)題。    3 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)以一維不恒定水流泥沙數(shù)學(xué)模型7為基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)模型的基本方程如下水流連續(xù)方程        (8)水流運(yùn)動(dòng)方程        (9)泥沙連續(xù)方程        (10)河床變形方程       

11、 (11)水流挾沙力方程    S*=S*(U,h,)    (12)    式中if=U2/C2R, ,U斷面平均流速，h水深，S斷面含沙濃度，S*斷面挾沙力，泥沙沉速，泥沙干容重，C謝才系數(shù)，R水力半徑，s不恒定修正系數(shù)，as恢復(fù)飽和系數(shù)，Zb河床高程。適用于輕質(zhì)沙的斷面挾沙力公式如下1    S*=as/s-n2g/h1/3U3/gh    (13)式中a=22.55。水流連續(xù)及運(yùn)

12、動(dòng)方程(8)、(9)采用Preissmann格式離散，泥沙輸運(yùn)方程采用Holly-Preissmann差分格式離散8。4 數(shù)值試驗(yàn)4.1 試驗(yàn)條件天然河道斷面形態(tài)、地形極不規(guī)則，流態(tài)復(fù)雜，為排除干擾，突出主要矛盾，數(shù)值試驗(yàn)采用矩形渠槽進(jìn)行，只考慮懸移質(zhì)情況，采用了均勻沙。所采用的矩形渠槽長(zhǎng)100km，底寬500m，底坡為0.0002，糙率為0.03。每隔2km設(shè)一個(gè)斷面，自0-100km共有51個(gè)斷面。渠槽示意圖見(jiàn)圖1。本算例象征性描述一個(gè)河道型水庫(kù)的淤積過(guò)程，下游末端（斷面51）對(duì)應(yīng)于壩前斷面。    4.2 模型沙原型沙粒徑為0.036mm，干容重為

13、1.15t/m3。為計(jì)算不同時(shí)間變率對(duì)水流及泥沙運(yùn)動(dòng)的影響，數(shù)值試驗(yàn)中選用了三種不同的模型沙，容重分別為1.33kg/m3，1.15kg/m3 本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。，1.05kg/m3，每種沙對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間變率(t=tb/tf)。為消除幾何比尺不同及幾何比尺變態(tài)的影響，幾種模型均取相同的幾何比尺，有關(guān)比尺見(jiàn)表1.         圖1 數(shù)值試驗(yàn)渠槽示意

14、圖Sketch of the test reach4.3 數(shù)值試驗(yàn)及結(jié)果數(shù)值試驗(yàn)的思路為：分別在原型及模型尺度條件下對(duì)水流，泥沙運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，再通過(guò)相應(yīng)的比尺把模型計(jì)算結(jié)果返算到原型，比較不同時(shí)間變率的模型尺度下計(jì)算結(jié)果與原型尺度下計(jì)算結(jié)果的差異。    天然情況下洪水波的傳播總是不恒定的，實(shí)體模型試驗(yàn)一般須對(duì)實(shí)際洪水過(guò)程進(jìn)行概化處理，將一個(gè)洪水過(guò)程概化成一系列恒定流時(shí)段，便于進(jìn)口水沙控制。盡管在概化過(guò)后的每個(gè)時(shí)段內(nèi)，進(jìn)口水流及泥沙過(guò)程是恒定的，但由于各個(gè)時(shí)段的流量，泥沙濃度均不相同，從整體看，過(guò)程仍是不恒定的。為使數(shù)值試驗(yàn)條件與實(shí)體模型試驗(yàn)保持一致，也

15、把經(jīng)概化處理后的流量過(guò)程線作為邊界條件：上游來(lái)流流量，泥沙濃度變化，下游水位不變，計(jì)算采用的邊界條件圖2所示。         圖2 上游邊界條件The upstream boundary conditions表1 數(shù)值試驗(yàn)的有關(guān)比尺Scales used in the numerical tests                 模型沙1 &#

16、160;  模型沙2    模型沙3            幾何比尺l    100    100    100    流速比尺u    10    10  &

17、#160; 10    流量比尺Q    100000    100000    100000    糙率比尺n    2.154    2.154    2.154    容重比尺s    

18、;1.993    2.304    2.524    干容重比尺    2.447    2.447    1.769    泥沙濃度比尺s    0.3985    0.2095    0.076

19、5    懸移質(zhì)粒徑比尺d    1.414    0.9535    0.5505    水流運(yùn)動(dòng)時(shí)間比尺tf    10    10    10    河床變形時(shí)間比尺tb    61.4

20、0;   116.8    231.34    時(shí)間變態(tài)率t    6.14    11.68    23.134本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。      

21、60;  在此邊界條件下，經(jīng)三種模型試驗(yàn)后，流量、流速等水力條件與原型情況相比均發(fā)生了變形。以斷面6，16，31和51為典型斷面以觀察時(shí)間變率的大小、斷面距模型起點(diǎn)的距離對(duì)水流及泥沙運(yùn)動(dòng)的影響，為表達(dá)清楚起見(jiàn)，流量、流速及水位波動(dòng)圖中僅畫(huà)了第一個(gè)洪水波的傳播情況。圖例中，p表示原型情況，m1，m2，m3分別表示三種模型沙對(duì)應(yīng)的模型試驗(yàn)結(jié)果返算至原型后的值。        圖3 斷面流量及流速變態(tài)情況(左排為流量過(guò)程,右排為流速過(guò)程;P:對(duì)應(yīng)于不變態(tài),m1-m3對(duì)應(yīng)于表1的三種情況)Distort

22、ed discharge (left row) and velocity (right row) processes at some sections    由圖3可見(jiàn)，相對(duì)于沒(méi)有變態(tài)的情況，變態(tài)模型試驗(yàn)的流量過(guò)程稍有滯后，而且，變態(tài)率越大，槽蓄和慣性作用的扭曲越嚴(yán)重，滯后和波動(dòng)越嚴(yán)重。模型的時(shí)間變率越大，距進(jìn)口斷面的距離越大，流量過(guò)程的滯后和波動(dòng)越明顯。相反，水位過(guò)程(圖4)則是距尾門越遠(yuǎn)波動(dòng)程度越大。這與模型試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果是一致的9。 若定義水流運(yùn)動(dòng)相似的模型上流量變化時(shí)的變化率為Q=Q/t，在變態(tài)模型上流量變化率則應(yīng)為：Qd=Q/tb=tQ，所以，變

23、態(tài)模型上洪水流量的變化率加快了t倍。迅速變化的上游來(lái)流必然導(dǎo)致波動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。時(shí)間變率越大，波動(dòng)也就越劇烈。         圖4 沿程斷面水位變態(tài)情況(P:對(duì)應(yīng)于沒(méi)有變態(tài)，m1-m3對(duì)應(yīng)于表1中的三種模型沙)Distorted water levels at different sections    由于變態(tài)模型中水流運(yùn)動(dòng)時(shí)間沒(méi)有得到滿足，波動(dòng)傳遞不足，所以水動(dòng)力學(xué)過(guò)程也相應(yīng)會(huì)出現(xiàn)滯后，滯后程度也隨變態(tài)的程度而增加。水流過(guò)程的扭曲雖然比較嚴(yán)重，然而，相對(duì)于泥沙運(yùn)動(dòng)而言，時(shí)

24、間變態(tài)對(duì)水流過(guò)程的影響要小的多。在明渠水流中，物質(zhì)傳遞的速度等于水流速度，它相對(duì)于水流過(guò)程的傳遞(約為波速)要慢，時(shí)間變態(tài)后，泥沙濃度的傳遞過(guò)程不能加快。在時(shí)間變態(tài)模型中，泥沙濃度和水流過(guò)程的相位差異可能大大增加。在一個(gè)相對(duì)比較短的洪水過(guò)程中，甚至?xí)霈F(xiàn)泥沙過(guò)程和水流過(guò)程的錯(cuò)相。變態(tài)與不變態(tài)情況下，泥沙濃度過(guò)程的比較如圖5所示。由圖5可見(jiàn)，斷面泥沙濃度的恢復(fù)過(guò)程各斷面有很大的差異。對(duì)同一模型，斷面距起始斷面越遠(yuǎn)，泥沙濃度過(guò)程的變形越劇烈，滯后也越明顯；而對(duì)時(shí)間變率，時(shí)間變率越大，泥沙濃度過(guò)程的變形越劇烈，滯后越明顯。以距離起始斷面60km的斷面31為例，變率最大的模型沙m3的泥沙濃度過(guò)程線相對(duì)

25、于原型發(fā)生了很大的扭曲和滯后：         圖5 泥沙濃度過(guò)程的變態(tài)情況Distorted process of sediment concentration    原型的第一個(gè)濃度波在第420小時(shí)就已結(jié)束，而模型m3的濃度波在此時(shí)剛剛開(kāi)始。因而，在變態(tài)模型中，在距離進(jìn)口較遠(yuǎn)的斷面，泥沙濃度過(guò)程相應(yīng)于原型將發(fā)生嚴(yán)重的相位滯后，導(dǎo)致泥沙輸運(yùn)與水動(dòng)力學(xué)過(guò)程發(fā)生了錯(cuò)相。把原型在斷面31與模型3在斷面31的挾沙力過(guò)程線和泥沙濃度過(guò)程線進(jìn)行比較，可以更直觀地看到泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程相對(duì)于洪

26、水傳播過(guò)程的滯后（見(jiàn)圖6）。         圖6 原型及模型斷面31挾沙力及泥沙濃度相位比較The time-lags of concentration to transport capacity for distorted (right) and non-distorted (left) cases對(duì)于原型，挾沙力與泥沙濃度過(guò)程基本同步(稍晚)，亦即水流和泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程基本同步。大水帶大沙，小水帶小沙；對(duì)于模型m3上的斷面31，相對(duì)于洪水波，泥沙濃度的傳播幾乎滯后了整整一個(gè)洪水波的時(shí)間，在第一個(gè)洪水波結(jié)束的時(shí)候，

27、此斷面的所對(duì)應(yīng)的泥沙濃度過(guò)程才剛剛開(kāi)始，與第二次小流量過(guò)程的整個(gè)時(shí)段所對(duì)應(yīng)的都是大濃度過(guò)程，這就使得在此模型斷面上，第一個(gè)洪水波出現(xiàn)時(shí)，大水帶小沙；洪水波結(jié)束后，小水帶大沙，沖淤規(guī)律與原型完全不一致，河床變形過(guò)程與原型自然也是不相似的了。對(duì)于本研究的例子，由于泥沙和水流過(guò)程的嚴(yán)重錯(cuò)位，變態(tài)模型的結(jié)果實(shí)際上已經(jīng)不相似了。    由流量過(guò)程與泥沙濃度波過(guò)程的比較可見(jiàn)，由于濃度波與洪水波的不同步，濃度波在傳播過(guò)程中發(fā)生了滯后和變形。滯后主要是由斷面位置決定的，斷面距起始斷面越遠(yuǎn)，滯后就越明顯；而變形主要是由洪水過(guò)程的歷時(shí)決定的，對(duì)于較長(zhǎng)歷時(shí)的洪水，濃度波能夠在

28、本次洪水過(guò)程內(nèi)得到恢復(fù)，變形程度也就相應(yīng)減小了，而對(duì)于變化迅速的洪水波，即使模型河段較短，斷面上濃度波的滯后和變形也是不可忽視的。本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。         圖7 短河段上歷時(shí)較短的洪水流量及泥沙濃度過(guò)程的比較Comparison of the discharge and sediment concentration in a shorte

29、r reach for a quicker flood process針對(duì)模型河段總長(zhǎng)為20 km的情形，對(duì)歷時(shí)為3天的洪水波在同樣條件下進(jìn)行了數(shù)值試驗(yàn)，即上游水沙條件變化，下游水位不變。模型末端斷面（距起始斷面20km）處流量與含沙濃度的傳播過(guò)程見(jiàn)圖7：可見(jiàn)，較短的模型河段上，對(duì)于變化頻繁的洪水過(guò)程，時(shí)間變態(tài)對(duì)流量的傳播影響較小，但對(duì)泥沙濃度波的傳播仍有很大影響。    時(shí)間變態(tài)對(duì)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程的影響必然會(huì)反映到河床變形上。圖8是河道淤積過(guò)程中不同時(shí)刻的沿程淤積面積的分布情況比較。圖中距離為斷面距起始斷面的距離。   

30、     圖8 時(shí)間變態(tài)后沿程淤積面積比較A comparison of deposition (section area) resulted from time distortion在圖8中，前100小時(shí)內(nèi)水流為恒定流見(jiàn)(圖2)，所以不同變態(tài)率的模型淤積面積幾乎一致；到420小時(shí)第一個(gè)洪水波結(jié)束時(shí)，由于水流泥沙運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)相，時(shí)間變態(tài)模型的淤積面積和不變態(tài)的模型有了很大差異，距離進(jìn)口較遠(yuǎn)的斷面上的泥沙濃度來(lái)不及恢復(fù)(圖5)，大水帶小沙，所以變態(tài)模型斷面淤積面積普遍偏小。對(duì)m3的情況，最大誤差達(dá)-80%；之后，模型上的泥沙濃度得到了部分程度的恢復(fù)，

31、加上小流量時(shí)段的小水帶大沙，模型下段的淤積得到快速的恢復(fù)增加，差異迅速減少，到1020小時(shí)時(shí)，模型m3的斷面最大誤差降低到-35%。隨著模型時(shí)間的繼續(xù)，誤差可以還可以減小，繼續(xù)維持一段恒定流量到第1500小時(shí)，斷面淤積面積的誤差可以進(jìn)一步減小。而且由于運(yùn)行后期，模型上為“小水帶大沙”，模型大部分?jǐn)嗝娴挠俜e面積比原型大了。由圖7還可看出，模型m3上距起始斷面80 km以后，沖淤規(guī)律亦與原型有了很大差異，原本是水庫(kù)沿程淤積的情況，在模型m3上變得有沖有淤，說(shuō)明此時(shí)不僅淤積量有了誤差，淤積規(guī)律也被歪曲了。由淤積過(guò)程可以清楚地看到，時(shí)間變率越大，模型誤差越大；模型斷面距起始斷面越遠(yuǎn)，模型誤差越大。除沿

32、程淤積外，庫(kù)區(qū)的總淤積量也隨模型時(shí)間變率有了較大的變化（圖9）。        圖9 總淤積量及其誤差比較A comparison of deposition (whole area of the reach) and the relative error ofthe models resulted from time distortion從較長(zhǎng)的時(shí)間看，在一個(gè)單向淤積的河段，由于“小水大沙”和“大水小沙”的扭曲過(guò)程的交替組合，河道淤積總量和淤積斷面的誤差可以得到一定的補(bǔ)償和調(diào)整，宏觀淤積過(guò)程的誤差可能是比較小的。

33、但是，由于泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程和水流過(guò)程的不一致，河道淤積的平面分布一定會(huì)受到影響。比如，高洪水位是河道邊灘可能產(chǎn)生嚴(yán)重淤積的時(shí)候，然而，在時(shí)間變態(tài)后，由于這時(shí)對(duì)應(yīng)的含沙量比較小，灘地淤積將減??；當(dāng)洪水過(guò)后泥沙濃度恢復(fù)時(shí)，由于洪水已不能漫灘，灘地不會(huì)面臨淤積，小水帶大沙的補(bǔ)償作用不能補(bǔ)償灘地的淤積，必然導(dǎo)致灘地淤積的減少。在沖淤交替的河道中，水沙錯(cuò)相可能產(chǎn)生更多的問(wèn)題。限于本研究的模型是一維的，對(duì)于以上更復(fù)雜的情況不能作更多的研究。同時(shí)，本研究采用的運(yùn)行條件下尚沒(méi)有包括下游水位變化的情況，這時(shí)，尾門水位控制還存在很大的問(wèn)題：大幅度的槽蓄變化使時(shí)間變態(tài)模型出現(xiàn)嚴(yán)重“多水”和“少水”現(xiàn)象，水動(dòng)力學(xué)過(guò)程的相似將出現(xiàn)問(wèn)題。對(duì)于更復(fù)雜情況的研究，還有待進(jìn)一步的工作。5 結(jié)論本文用一維非恒定水流泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算和分析了水庫(kù)淤積條件下時(shí)間變態(tài)模型對(duì)水流、泥沙運(yùn)動(dòng)及河床淤積的影響。從定量上描述了泥沙模型試驗(yàn)中時(shí)間變態(tài)造成的影響，得出了以下幾點(diǎn)初步結(jié)論.1. 在本文所采用的邊界條件下，泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程受時(shí)間變態(tài)的影響大，變態(tài)造成泥沙濃度過(guò)程的滯后與變形，出現(xiàn)水沙過(guò)程錯(cuò)相現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)間變率較大時(shí)，距起始斷面30km后，泥沙過(guò)程就發(fā)生了明顯的滯后、變形并與水流過(guò)程錯(cuò)相，模型泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程已經(jīng)出現(xiàn)事實(shí)上的不