华北水利水电大学河流模拟课程设计.pdf

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1、河流模拟课程设计专业:港口航道与海岸工程姓名:宋永华学号:201003112指导老师:陈建目录第一章基本概况……………………………………………………11.1.课程设计的目的……………………………………………11.2.课程设计的内容……………………………………………1第二章数学建模原理的内容………………………………………22.1.基本方程……………………………………………………22.2.方程的离散…………………………………………………32.3.补充公式及参数选取………………………………………4第三章计算方法及结果分析………………………………………43.1.计算步骤……………………

2、………………………………43.2.一维恒定水沙模型程序计算框图…………………………53.3.资料结果分析及主要结论…………………………………6第四章推求过水断面面积程序框图及源代码……………………94.1.计算原理……………………………………………………94.2.推求过水断面面积程序框图………………………………114.3.推求过水断面面积程序源代码……………………………12第五章结果分析……………………………………………………145.1.剖面形态分析………………………………………………145.2.库容损失分析………………………………………………14第一章基本概况1.1课程设计的

3、目的通过课程设计,初步掌握一维数学模型建立数学模型的的基本过程和计算方法,具备一定的解决实际问题的能力。1.2.课程设计的内容以水流、泥沙方程为基础,构建恒定流条件下的河道一维水沙数学模型,并编制出完整的计算程序,并以某个水库为实例,进行水库泥沙淤积计算。水流条件:恒定非均匀流。泥沙条件:包括悬移质,推移质的均匀沙模型,推移质计算模式为饱和输沙,悬移质计算模式为不饱和输沙,水流泥沙方程采用非耦合解。要求:1、掌握一维水沙数学模型计算的基本框架及内容。2、进行历时10年的河床变形计算,并以图、表等方式整理分析所得计算结果。3、在理解过水面积计算原理的基础上写出水位~过水面积计算的

4、程序框图,运用C语言独立编写出水位~过水面积计算的源代码,并选取一横断面,计算并绘出该断面的水位~面积曲线。4、编写完整的计算说明书一份。(应包括,建模的基本原理;数值计算方法;程序框图;资料整理分析及主要结论等;水位~过水面积计算程序及其结果)第1页第二章数学建模的原理2.1基本方程水流连续方程:AQ0tx(1)水流运动方程2QQhgAgAiif0txAx(2)222QQzQngAg04txAxAR3或(3)泥沙连续方程SAQS(SS)*tx(4)河床变形方程

5、yG0b(SS)0*tx(5)推移质平衡输沙方程G=G*(6)水流挟沙力公式采用张瑞瑾公式,推移质输沙率公式采用Mayer-Peter公式:N为曼宁糙率系数,为河床平整情况下的沙粒曼宁糙率系数公式中的能坡J按均匀流曼宁公式近似计算(每个断面不同)。第2页2.2方程的离散AU①将非恒定流作为恒定流处理,即取0,0,具体做法是将进口的实际流tt量过程线概化成若干个不同流量级,对于每个流量级其流量为常数,水流可视为恒定流。可将一天的流量视为一个不变值。AS②不考虑河段内水体中悬沙的槽蓄量因时而变,即取0。t③河床发生冲淤后对水流条件影响不大。具体

6、做法是限制时间步长(如河床变形的时间步长为1天),控制冲淤量不至于太大。方程(1)在恒定流情况下有Q0,离散为:Q=constx方程(3)变形为22QQzQn0243gAxAxAR222QzQn或22430x2gAxAR上式离散为22221Qj1Qj2Qj1Qjzzxn((1)022j1j24242gAAAR3AR3j1jj1j1jj方程(4)去掉时间项得到S(SS)*xq该方程的解析解为:xqxSj1S*j1SjS

7、*jexpS*jS*j11expqxq由方程(4-5)可得第3页BGbQS'y0B00xxt对2号断面以下,上式可以离散为:BGbBGbQSQS'Bjy0j(1)Bj1y0j10xx0t为推移质输沙率,S为悬移质含沙量对于进口断面,推移质不考虑,悬移质采用单点离散(SS)t1*1方程(5)可离散为:y0'02.3补充公式及参数选取

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