河流泥沙水文学模型边界条件参数化方法探讨

发布时间：2025-05-12 22:23

　　 针对河流泥沙水文学模型,在对基础方程(考虑上站来水含沙量的幂律函数公式)基本内涵(不平衡输沙理念、相对空间概念及自动调整作用)综合分析的基础上,从河道边界条件(河段长度、宽度、比降等)参数化角度出发,提出根据河道边界条件确定模型参数的方法。边界条件参数化方法途径主要包括:统计分析方法与理论比较途径。其中,统计分析方法宜先对同一河段选用同一进口断面,分别选取下游不同距离出口断面,通过实测资料统计回归,研究参数随距离的变化规律;理论比较途径主要基于对水文学、水动力学模型方程的理论比较分析,探求参数的计算方法。从断面质点系统跟踪角度来看,河流泥沙水文学与水动力学模型关于空间变化的基础方程,经过空—时变量变换均可表示为关于时间变化的滞后响应模型方程形式,两者区别在于对描述系统水沙组合的特征变量选择不同。河流泥沙水文学模型边界条件参数化最终结果转化为了水沙质点系统的调整时间与泥沙沉降时间,这从另一角度提供了对河流泥沙水文学模型方程物理意义的理解。

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【部分图文】：

图1 黄河不同河段模型参数统计回归值变化情况

鉴于天然河道边界特征沿程变化多样，可基于渠道观测或水槽试验资料，通过统计分析，研究考虑上站来水含沙量的河道水沙关系模型参数（系数K与指数a、b）值的变化规律。例如，图2为长江科学研究院水槽冲刷试验测得的含沙量沿程恢复情况（图2(a))[21]，固定选取某一断面作为进口断面，基于式....

图2 基于水槽试验资料的模型参数统计分析方法

图1黄河不同河段模型参数统计回归值变化情况3.2理论比较途径

图3 相同流量、比降下不同河宽河槽泥沙水文模型指数a与含沙量沿程变化示意图

根据式（12），相同流量、比降情况下，不同断面形态河槽下游不同距离断面泥沙水文模型指数a及含沙量沿程变化示意情况如图3所示。基于式（12），输沙微分方程式（10）可进一步表示为：

图4 河道断面水沙质点系统滞后响应过程

因此，从“系统”角度来看，式（14）、式（15）均为系统滞后响应的微分方程，系统特征变量y调整变化速率与该特征变量当前状态y和平衡状态ye之间的差值成正比[24-26]。从断面质点系统跟踪角度来看，式（14）、式（15）描述的是河道水沙质点系统在进口水沙初始条件下，经过一定时间（....

本文编号：4045313