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《浙江大学》 2010年
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沿海平原水资源优化配置与河网水沙输移计算

夏珊珊  
【摘要】: 沿海平原地区人口密集,经济发达,但水资源往往并不充沛,资源性缺水伴随着水质性缺水,成为制约当地经济社会发展的主要因素之一。为满足当地经济社会可持续发展的要求,需合理利用域内有限的优质水资源,并从域外引水以根本解决资源性缺水问题。 综合考虑经济效益、制水输水成本和水量均衡分配等目标及其制约关系,构造了一个新的非线性总目标函数。将3个目标函数有机地组合起来,以可供水量、需水量等作为约束条件,建立了新的水资源优化配置模型。据此获得水资源分配问题的最优解,避免了一般多目标优化问题中存在多个最优解的不足,可有效地解决复杂水资源系统的优化配置问题。 基于GIS技术将流域河网平面和断面地形数字化,据以划分计算河网和侧向支流。提出时变侧向出流过程的计算公式,以考虑引水时主干河道向支流扩散的水量,从而将圣维南方程中侧向出流项由以往的常数改进为时变流量过程。考虑数学模型出口边界水位为时变过程,使河网非恒定流数值计算更为合理。在此基础上提出了河网输水能力的数值计算方法。 潮汐河口自流引水不可避免地受非恒定流影响,水流挟沙能力随之变化,而实际含沙浓度变化滞后于水流挟沙能力。为此提出时变挟沙能力的新概念,即水流挟沙能力在半潮周期内随潮流速和潮位同步变化,是时间的函数。在量纲分析基础上建立起水流挟沙能力与时变Froude数的函数关系式,再根据平衡点含沙量和相应水流参数确定关系式中的系指数,由此获得时变水流挟沙能力公式。 当引水经沿海平原河网时,除入口水流受潮汐影响而具有时变的挟沙能力外,引水带来的粘性泥沙进入河网将破坏原有的泥沙输移格局,导致粘性非均匀沙在河网沉积。为此,考虑时变水流挟沙能力和粘性非均匀沙起动概率,结合河网非恒定流数值计算,建立起沿海平原河网不平衡输沙与淤积的计算方法。将该方法用于某引水工程河网含沙量的沿程变化与淤积计算,分析了河网淤积的时空分布规律,并提出相应的减淤对策,为引水工程决策提供了科学依据。
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