【正文】 6)影響河道整治工程的安全，增加了河道整治的難度 黃河下游河道整治工程是按照規(guī)劃的河道治導(dǎo)線進(jìn)行的，而生產(chǎn)堤的修建是一種民事行為，隨意性較大，平面布置主要是依據(jù)護(hù)灘、保村的原則修建的，很多河段布置違背了河道洪水演進(jìn)的規(guī)律，有的生產(chǎn)堤甚至修建在主河槽內(nèi)，嚴(yán)重干擾了洪水的正常演進(jìn)，造成了河道整治工程條件惡化，易出現(xiàn)較大險(xiǎn)情。生產(chǎn)堤決口后水流集中，沖刷力強(qiáng)，對(duì)村莊、橋梁、渠道等群眾生活、生產(chǎn)設(shè)施造成較大危害，加重漫灘損失。群眾易依賴生產(chǎn)堤而疏于遷安，一旦生產(chǎn)堤潰決，洪水直沖地勢(shì)較低的堤根，順堤成河，此時(shí)開始遷移，道路已斷，僅靠少量渡船外遷只能勉強(qiáng)救命。 本項(xiàng)目采用平面二維數(shù)學(xué)模型，依據(jù) “”典型洪水情況，按現(xiàn)狀生產(chǎn)堤和廢除生產(chǎn)堤兩種條件進(jìn)行了典型洪水的模擬，模擬計(jì)算給出了夾河灘－高村河段不同邊界洪水演進(jìn)、漫灘的過程及灘區(qū)淹沒程度。 以平面二維數(shù)學(xué)模型模擬計(jì)算成果分析灘區(qū)淹沒狀況及相關(guān)遷安救護(hù)問題。灘槽淤積分布的不均勻性形成了灘唇高仰、堤根低洼，臨河灘面明顯低于灘唇，背河地面又明顯低于臨河灘面的的不利局面，形成所謂“二級(jí)懸河”。由于下游河道水少沙多，河道淤積嚴(yán)重，長(zhǎng)期以來“善淤、善徙、善決”而著稱于世。 各河段具體的基本情況[6]： 孟津鐵謝至京廣鐵路橋河段。 70年代以后，修建了部分控導(dǎo)護(hù)灘工程，灘地相對(duì)穩(wěn)定。該河段河道長(zhǎng)124km，為明清河道，兩岸均有黃河大堤，河道內(nèi)有1855年銅瓦廂決口后河床下形成的“高灘”。該河段自銅瓦廂決口以來，河槽淤高2m～3m，目前花園口水文站15000m3/s的洪水將大部漫灘，高灘已不高。該河段堤距大，灘面廣，灘地面積1738km2，是黃河下游的主要削峰區(qū)。該河段漫灘機(jī)遇較多，生產(chǎn)發(fā)展緩慢。此河段已治理成彎曲性河道，河勢(shì)流路比較穩(wěn)定，灘槽高差較大。 西河口以下河段。目前該軟件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展很快，并在一些大型工程中廣泛應(yīng)用，如:長(zhǎng)江口綜合治理工程、杭州灣數(shù)值模擬、南水北調(diào)工程、重慶市城市排污評(píng)價(jià)、太湖富營(yíng)養(yǎng)模型、香港新機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)、臺(tái)灣桃園工業(yè)港興建工程等。在后處理方面具有強(qiáng)大的分析功能，如流場(chǎng)動(dòng)態(tài)演示及動(dòng)畫制作、計(jì)算斷面流量、實(shí)測(cè)與計(jì)算過程的驗(yàn)證、不同方案的比較等。 （6）可以定義多種類型的水邊界條件，如流量、水位或流速等。在為模型提供了地形、底部糙率、風(fēng)場(chǎng)和水動(dòng)力學(xué)邊界條件等數(shù)據(jù)后，模型會(huì)計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格的水位和水流變化。平面二維水流運(yùn)動(dòng)所遵循的基本方程是由三維時(shí)均雷諾方程沿水深進(jìn)行萊布尼茲積分得到，在運(yùn)動(dòng)方程中以混長(zhǎng)紊流模型求解紊動(dòng)切應(yīng)力。3）方程組求解 在空間上，由于網(wǎng)格類型為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，采用中心有限體積法對(duì)原方程進(jìn)行離散，把整體的計(jì)算區(qū)域細(xì)分為非重疊的單元；時(shí)間上采用顯示積分。為了求出控制體積的積分，必須假定值在網(wǎng)格點(diǎn)之間的變化規(guī)律，即假設(shè)值分段的分布剖面。有限體積法只尋求的結(jié)點(diǎn)值，這與有限差分法相類似；但有限體積法在尋求控制體積的積分時(shí)，必須假定值在網(wǎng)格點(diǎn)之間的分布，這又與有限單元法相類似。有限體積法得出的離散方程，要求因變量的積分守恒對(duì)任意一組控制體積都得到滿足，對(duì)整個(gè)計(jì)算區(qū)域，自然也得到滿足。然后，將控制方程在網(wǎng)格上離散，即將偏微分格式的控制方程轉(zhuǎn)化為各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的代數(shù)方程組，然后在計(jì)算機(jī)上求解離散方程組，得到節(jié)點(diǎn)上的解。 應(yīng)用控制容積法導(dǎo)出離散方程的主要步驟： （1）將守恒型的控制方程在任一控制容積及時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)空間和時(shí)間做積分； （2）選定未知函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)對(duì)時(shí)間和空間的局部分布曲線，即“型線”（profile）。CFL的計(jì)算公式為： （324） 針對(duì)所有的計(jì)算網(wǎng)格，在控制體積P及時(shí)間段（時(shí)間從到）上對(duì)控制方程積分有： （325） 對(duì)于上式中的瞬態(tài)項(xiàng)，假定物理量在整個(gè)控制體積上均具有節(jié)點(diǎn)處的值，同時(shí)假定密度在時(shí)間段上的變化量極小，則式(3―5)中的瞬態(tài)項(xiàng)變?yōu)椋? （326）在上式中，上標(biāo)表示物理量在時(shí)刻的值，而在時(shí)刻的物理量沒有用上標(biāo)來標(biāo)記，下標(biāo)表示物理量在控制體積的節(jié)點(diǎn)處取值。這樣，方程（325）變?yōu)椋? （3210）這就是在全隱式時(shí)間積分方案下得到的二維瞬態(tài)對(duì)流擴(kuò)散問題的離散方程。2）初始條件及邊界條件（1）初始條件對(duì)于給定的計(jì)算區(qū)域，在時(shí)間t=0時(shí)，令ξ｜t=0=ξ0（x，y），u｜t=0=u0（x，y），v｜t=0=v0（x，y）（2）邊界條件a）進(jìn)口邊界條件:給出進(jìn)口開邊界處的流量過程（包括上游大河進(jìn)口條件與側(cè)向入?yún)R進(jìn)口條件）：Q（t）=Qopb（t）上式中Qopb 分別為開邊界上已知的水位或流速分量以及流量，一般根據(jù)計(jì)算區(qū)域以上的產(chǎn)匯流模型計(jì)算或由實(shí)測(cè)水文資料確定。 MIKE21模型的建立 地形文件的生成 地形處理是建模時(shí)的第一步，它是需要在建模前首先完成的工作，地形處理的好壞非常關(guān)鍵，關(guān)系到模型搭建的成敗。 區(qū)域邊界的生成及調(diào)整 網(wǎng)格是通過MIKE ZERO的網(wǎng)絡(luò)生成器建立。打開MIKE 21 Flow Model，新建一個(gè)mdf文件，然后導(dǎo)入夾河灘～高村河段自然邊界如圖31所示：圖31 夾河灘～高村河段邊界 模擬區(qū)域的三角劃分 剖分網(wǎng)格，灘地和主槽采用不同的網(wǎng)格面積，灘區(qū)最大網(wǎng)格面積為110000m2，主槽最大網(wǎng)格面積為25000m2。如圖36所示：圖36糙率文件 夾河灘～高村河段平面二維數(shù)學(xué)模型的建立打開MIKE 21軟件中的Flood Model FM模塊如圖37所示：圖37 Flood Model模型 下面將設(shè)置每個(gè)參數(shù)，具體的設(shè)置過程如下： 1）導(dǎo)入邊界文件（Domain） 導(dǎo)入邊界文件。圖310 模擬時(shí)段的設(shè)置 本次設(shè)計(jì)建立的是平面二維水動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行洪水演進(jìn)模擬，不涉及泥沙，所以Module Selection不用設(shè)置。圖 311 河床糙率的設(shè)置 Initial surface level(初始水位)選擇Spatially varying surface elevation，然后導(dǎo)入初始水位高程文件：。圖313高村邊界條件設(shè)置 模型出口邊界條件設(shè)置。如圖315所示。 如圖316所示。 模型率定 為了驗(yàn)證建立好的數(shù)學(xué)模型和實(shí)際工況的擬合程度，需要對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選取了黃河夾河灘～高村五個(gè)水文測(cè)站的物模水位作為驗(yàn)證依據(jù)，五個(gè)水文站分別是東壩頭、禪房、石頭莊、榆林、青莊。 經(jīng)過多次的糙率文件修改和模型率定，五個(gè)測(cè)站的模擬水位值和實(shí)測(cè)水位值的誤差均小于177。依照洪水條件，按照自然狀況、現(xiàn)狀生產(chǎn)堤兩種邊界條件，進(jìn)行了不同情況的水流數(shù)值模擬計(jì)算。另一方面是對(duì)兩岸灘區(qū)的保護(hù)作用。 成果分析 來洪時(shí)主槽水面高程分析 在現(xiàn)有工況和廢除生產(chǎn)堤工況兩種情況下，禪房、東壩頭、石頭莊、青莊、榆林各個(gè)測(cè)站在“”洪水洪峰流量下測(cè)得的各水面高程比較如表（）： 兩工況下各測(cè)站的水面高程比較工況水位測(cè)站有生產(chǎn)堤工況無(wú)生產(chǎn)堤工況東壩頭禪房石頭莊青莊榆林 由此可得：采用全部廢除主槽兩側(cè)現(xiàn)有生產(chǎn)堤后，這構(gòu)成了黃河下游河槽新的邊界。2）在沒有生產(chǎn)堤的河段，雖然洪水漫灘條件依舊，但上下游廢除生產(chǎn)堤引起的提前漫灘，也使得同流量下洪水水位比現(xiàn)狀河道水位都要低一些。 認(rèn)識(shí)分析黃河下游夾河灘～高村河段洪水演進(jìn)的計(jì)算結(jié)果，得到了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：（1）采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格和中心有限體積法對(duì)二維淺水方程組進(jìn)行離散，建立平面二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，能夠很好的反應(yīng)實(shí)際河道地形?？紤]到生產(chǎn)生活以及生產(chǎn)堤對(duì)防洪的影響等方面，綜合分析：對(duì)生產(chǎn)堤的建造標(biāo)準(zhǔn)要統(tǒng)一規(guī)劃。對(duì)于這些生產(chǎn)堤要實(shí)行有人看護(hù),定期進(jìn)行維修加固。目前在中水河槽塑造出來以前和補(bǔ)償政策未兌現(xiàn)的情況下,破除生產(chǎn)堤難度很大[7]。(4)在中水河槽塑造出來且灘區(qū)受災(zāi)政策補(bǔ)償?shù)靡詢冬F(xiàn)后,再全部破除或根據(jù)需要有計(jì)劃地破除生產(chǎn)堤。鄭州：河南人民出版社，1991[2]劉新華，趙洪林。濟(jì)南：山東省黃河河務(wù)局2006[4]葉青超。人民黃河，2001，（7）：2021[6]劉樹坤，宋玉山。中國(guó)水利報(bào)，20010306（007）致 謝 通過這學(xué)期的忙碌于學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全甚至考慮不到的地方，在這里衷心感謝指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及學(xué)姐的幫助，讓我按時(shí)完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 同時(shí)感謝我院、系領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我們的關(guān)心和關(guān)注；感謝大學(xué)期間傳授我們專業(yè)知識(shí)的所有老師，謝謝他們嘔心瀝血的教導(dǎo)。 PH (662) 9155673 / (662) 9157788。 Qtk is the actual totalload transport rate。 Q*tk is the potential sediment transport rate, which is determined with SEDTRA module (Garbrecht et al., 1995), Wu, Wang and Jia’s formula (2000), the modified Ackers and White’s 1973 formula (Proffitt and Sutherland, 1983), or the modified Engelund and Hansen’s 1967 formula (with Wu, Wang and Jia’s correction factor, 2000). The bed deformation due to size class k is determined with (3)where p′ is the bed material porosity, which is calculated with the methods of Komura and Simmons (1967), Han et al (1981), or is specified by the user according to available measurement data。 p*bk is pbk of the mixing layer when ?Am/ ? t ? ? Ab/?t≤0 , and p*bk is the percentage of the kth size class of bed material in subsurface layer (under mixing layer) when ?Am/ ? t ? ? Ab/?t 0. Eq. (1) is discretized using the Preissmann implicit scheme, with its source term being discretized by the same formulation as that for the righthand term of Eq. (3) in order to satisfy the sediment continuity. Eq. (4) is discretized by a difference scheme that satisfies mass conservation. A coupled method for the calculations of sediment transport, bed change and bed material sorting is established by implicitly treating the pbk in Eq. (2) as pbkn+1and simultaneously solving the set of algebraic equations corresponding to Eqs. (1)(4) by using the direct method proposed by Wu and Li (1992). This coupled method is more stable and can more easily eliminate the occurrence of the puted negative bed material gradation, when pared to the decoupled method, in which the pbk in Eq. (2) is treated explicitly. However, the aforementioned coupling procedure for sediment transport, bed change and bed material sorting putations is still decoupled from the flow calculation. Model Parameters to be Analyzed The parameters in numerical models of flow and sediment transport in rivers can be classified into two groups: numerical parameters and physical parameters. The numerical parameters result from the discretization and solution procedures, while the physical par