河道一维非恒定流水温数学模型研究

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1、河道一维非恒定流水温数学模型研究本文介绍了影响河道水温的各种因素，并分析各因素对河道水温的影响程度。根据引黄入津河道实测资料，确定了纵向离散系数的经验公式，建立了适用于河道的一维非恒定流水温数学模型。通过对实际河道水温的数值模拟，结果表明，该模型具备模拟河道纵向水温变化的功能。此模型可以用于河道的水温模拟和预测，为河道实施生态调水方案和水温对环境的影响提供科学依据。关键词：非恒定流；水温；数值模拟；河道1河道水温影响因素　　引起河道水温变化的因素主要有四个方面，即水面热交换、与河床的能量交换、内部产生的热和人为的加热和减热。1.1水面热交换　　水面热交换包括太阳

2、短波辐射、净蒸发、热传导和净长波辐射四个方面。(1)式中，，为太阳短波辐射强度(A(TriDiagonal-MatrixAlgorithm)法进行求解。　　温度控制方程，对时间项采用向前差分，空间采用中心差分，可得：　　整理可得：(6)其中　　　　　　　　　　　　　　　　采用扩散格式求解方程(6)。3参数率定　　纵向弥散系数是水温模型中的一个重要参数，其取值是否合理直接关系到水温模拟的精度。是随空间变化的，确定其分布十分困难。一般来说，应分为渐进值、恒定值和瞬时值。为方便起见，天然河流中一般都取不随时间变化的渐进值来代替随时间变化的实际值。　　目前，天然河流的弥

3、散系数都是由经验公式确定的，主要有：　　(1)式中，为断面平均流速(m/s)；为河宽(m)；为平均水深(m)；为摩阻流速(m/s)，，g为重力加速度(m/s2)，为水力半径(m)，为水力坡降。　　(2)MCQuiveyandKeefer经验公式：式中，为水面坡降，为水面宽度(m)，为流量(m3/s)。　　(3)Fischer(1973)和Jain(1976)经验公式：式中，0.001<<0.016，为平均流速(m/s)；为水面宽度(m)；为横向扩散系数。　　(4)Liu(1977)经验公式：式中，为水力半径(m)；，为摩阻流速(m/s)，为平均流速(m/s)。　

4、　经过比较以上四个经验公式后可知，根据不同研究水体的得到的经验公式的差别是比较大的。针对引黄济津河道的实测资料对上述公式进行校验，认为经验公式(1)求得的各个断面的比较稳定，故采用该计算式计算纵向弥散系数。4模型验证　　采用某河流的沿程水温对数学模型进行验证。河道长20km，计算断面间距为1km，共20个计算断面，计算时间30天。　　计算值和实测值如图1所示。计算值和实测值吻合较好，表明该模型能准确的模拟河道的沿程水温，对水温进行预测分析。具有较高的实用性和准确性。5