河流演弯及其水动力过程的数值模拟研究

【摘要】：在自然情况下,河流总是处在不断地变化和发展之中;此外,当受人工建筑物干扰时,河流也会发生变化。这种在自然情况下或者因人为因素所引起的河道变化称之为河道演变。 河道演变是水流和河床相互作用的结果。任何一条河流都包含水流和河床这两个矛盾的方面,二者既相互制约,又相互依存。水流和河床的相互作用通过它们之间的泥沙交换来实现,所以河道演变的基本规律又是以泥沙运动的基本规律为基础的。 弯道可以看成是组成河流的最基本的单元,弯道水流运动与河床变形是河流动力学研究的主要问题之一。河弯的演变特性的研究既是对弯道水沙运动的规律的探索,同时也是预测河道弯曲摆动的主要依据。弯道岸线的演化发展不仅与河岸的侵蚀和崩塌有关,也涉及到河岸抗冲能力的问题,这是河弯演变理论的重要组成部分。随着电子计算机的快速发展,数学模型和系统模拟已越来越多的被用来研究这一理论。 本文的主要内容大致如下: 1、通过对河弯演变特性的研究,系统阐述了相关理论,并在此基础上展开本文的研究工作。 2、借助自然模型实验方法,利用物理模型实验来探讨不同条件下引发河流弯曲摆动的特点。 3、建立平面二维水沙数学模型和河岸稳定性模型,采用有限元法,利用Fortran编程语言对河流的弯曲演变进行数值模拟。 4、通过模型实验的实测资料对数学模型结果进行验证,结果表明模型跟实测吻合较好,这也说明了模型是正确的,合理的。