考慮滲透效應(yīng)的二維動床水沙運(yùn)動數(shù)值模型研究.pdf

1、實際情況下，洪水在演進(jìn)過程中會不可避免地發(fā)生滲透現(xiàn)象，滲透效應(yīng)的存在對洪水運(yùn)動和泥沙輸移都有很大的影響。本文通過引入Green-Ampt滲透公式以考慮滲透效應(yīng)對洪水運(yùn)動過程中水流通量的影響，建立了二維動床水沙運(yùn)動數(shù)值模型，通過對不同情況下帶有滲透效應(yīng)的洪水演進(jìn)和泥沙運(yùn)動進(jìn)行模擬分析，主要研究成果和結(jié)論如下:
　　(1)總結(jié)分析了Green-Ampt滲透模型的特點及適用條件，采用Green-Ampt滲透模型來模擬降雨及洪水運(yùn)動過程中

2、的滲透效應(yīng)。Green-Ampt滲透公式在描述土壤入滲過程中最為關(guān)鍵的參數(shù)為飽和導(dǎo)水系數(shù)和濕潤鋒平均吸力。擬合函數(shù)關(guān)系式分別表達(dá)飽和導(dǎo)水系數(shù)與水頭的關(guān)系。將函數(shù)關(guān)系式代入傳統(tǒng)Green-Ampt滲透模型，建立適用于不同入滲水頭的Green-Ampt模型以及適用于渾水入滲的Green-Ampt模型。
　　(2)在二維淺水運(yùn)動和泥沙輸移方程的基礎(chǔ)上引入Green-Ampt滲透模型以綜合考慮滲透效應(yīng)對水流通量和泥沙輸移通量的影響，從而建

3、立一個新的基于滲透效應(yīng)的二維動力波洪水和泥沙運(yùn)動數(shù)值模型。本模型采用中心迎風(fēng)格式求解單元界面上的流量和動量通量，并結(jié)合對界面變量的線性重構(gòu)，使其具有空間上的二階精度。單元界面上的泥沙輸移通量采用迎風(fēng)格式進(jìn)行求解。為保證模型的和諧性和穩(wěn)定性，底床坡度項采用中心差分法離散，底床摩擦項和障礙物的阻力項用半隱式法離散。泥沙運(yùn)動擴(kuò)散項均采用中心差分格式處理。當(dāng)庫朗特數(shù)滿足條件時，模型能保證計算水深在任何時刻是非負(fù)的，使得模型具有良好的穩(wěn)定性。

4、r>　　(3)不考慮泥沙運(yùn)動的情況下，在模型中引入適用于不同入滲水頭的改進(jìn)Green-Ampt模型，以建立考慮滲透效應(yīng)的二維洪水模型。通過坡面降雨算例對變水頭滲透洪水模型進(jìn)行驗證分析，結(jié)果表明:采用變水頭滲透公式計算結(jié)果總體上和采用傳統(tǒng)入滲公式計算結(jié)果以及文獻(xiàn)值[73]吻合較好。同時采用海岸帶波浪爬坡算例，分析滲透效應(yīng)對波浪爬坡過程的影響，發(fā)現(xiàn)滲透效應(yīng)降低了波浪爬坡的最大高度，而且對爬升和退水過程的流速都有所減緩，同時也能很好的捕捉退水