水庫(kù)防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型的研制與開(kāi)發(fā)

1、水庫(kù)防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型的研制與開(kāi)發(fā)(1)    摘要：本文著重研究利用水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流減輕冰凌災(zāi)害.文中系統(tǒng)分析了影響凌汛的因素、水庫(kù)防凌調(diào)度機(jī)理、運(yùn)用方式；研究了不穩(wěn)定封凍河段和穩(wěn)定封凍河段冰下過(guò)流能力的經(jīng)驗(yàn)公式，并依據(jù)冰水力學(xué)理論、河冰運(yùn)行規(guī)律和水冰兩相流連續(xù)方程及運(yùn)動(dòng)方程，參照黃河流域冰期實(shí)測(cè)資料，建立了水庫(kù)防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型.經(jīng)過(guò)模擬黃河內(nèi)蒙古、下游河段典型年凌汛檢驗(yàn)，證明調(diào)度模型合理、實(shí)用，對(duì)減輕凌汛災(zāi)害有重要作用，具有較好的應(yīng)用價(jià)值. 關(guān)鍵詞：凌汛 水庫(kù)防凌 防凌調(diào)度 數(shù)學(xué)模型 我國(guó)北方地區(qū)的河流，在每年冬春季節(jié)常有冰凌災(zāi)害發(fā)生，其中以黃河流域和東北

2、地區(qū)松花江、黑龍江流域較為嚴(yán)重.黃河下游是舉世聞名的地上懸河，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自18551938年的84年間，有27年發(fā)生凌汛決口，平均3年一次.1951年、1955年因凌情嚴(yán)重、堤防薄弱而造成堤防決口，淹沒(méi)耕地8.7萬(wàn)hm2，受災(zāi)人口26萬(wàn).黃河下游的防凌問(wèn)題一直為人們所關(guān)注，1960年三門峽水庫(kù)投入防凌運(yùn)用后，下游防凌形勢(shì)有很大改觀，但水庫(kù)防凌調(diào)度牽涉到下游河道冰凌運(yùn)行規(guī)律、熱力條件以及邊界條件，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程.如運(yùn)用不當(dāng)，則可能出現(xiàn)人為災(zāi)害.因此，研制水庫(kù)防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型，實(shí)行水庫(kù)防凌的科學(xué)調(diào)度具有重要意義.1 水庫(kù)防凌調(diào)度機(jī)理1.2防凌調(diào)度機(jī)理 根據(jù)凌汛形成原因分析，當(dāng)今人們還無(wú)法

3、控制氣候因素及改變河道邊界的條件下，調(diào)節(jié)河道內(nèi)的流冰量還是可能的，即利用已建的水庫(kù)，按照水力因素和冰情形態(tài)演變之間的關(guān)系，調(diào)整冬季河道流量，也就是調(diào)整冬季河道流速變化過(guò)程，充分發(fā)揮水力因素在控制河冰危害方面的作用.從大量有關(guān)冰情演變的理論分析成果得知，冬季河道的流速與河流的封凍、冰蓋的類型、冰蓋前緣流冰塊的穩(wěn)定、冰塞的形成，冰塞下冰花的穩(wěn)定，冰塞厚度、冰蓋下輸冰以及冰壩的形成和演變等均有密切關(guān)系.而調(diào)整冬季河道流速在實(shí)際運(yùn)作中主要是調(diào)節(jié)流量：在河道封凍以前，適當(dāng)增加流量，加大水體搬運(yùn)冰體的能力，避免浮冰塊受阻而滯蓄于河中，爭(zhēng)取推遲封凍或不封凍；一旦發(fā)生封河現(xiàn)象后，應(yīng)施放適應(yīng)冰蓋下過(guò)流能力，及時(shí)

4、減小流量，降低流速，爭(zhēng)取“平封”防止“立封”和產(chǎn)生冰塞，盡量減少河道里的儲(chǔ)冰量；在不致產(chǎn)生冰塞和開(kāi)河高水位的前提下，加大冰下過(guò)流能力，減少河槽蓄水量，以削減開(kāi)河期的凌峰流量，避免大流冰量的發(fā)生，達(dá)到“文開(kāi)河”的目的.2 水庫(kù)防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型研制2.2 冰下過(guò)流能力計(jì)算 冰下過(guò)流能力是水庫(kù)防凌調(diào)度的重要依據(jù).不同時(shí)期冰下過(guò)流能力是不同的，而封凍初期的冰下過(guò)流則起著關(guān)鍵作用.從冰凌演變的規(guī)律分析，封凍到開(kāi)河，冰下過(guò)流一般呈遞減過(guò)程.當(dāng)確定了封凍初期的下泄流量之后，封凍、開(kāi)河期的下泄流量也易確定.初封期理想的冰下過(guò)流能力一般系指河道一旦封河形成冰蓋后，冰蓋前緣的流冰花不潛入冰蓋下的來(lái)流量.計(jì)算方法除

5、用fc(佛汝德數(shù))和冰蓋前緣平均流速控制外，多根據(jù)該河流的河道幾何特征及氣溫特點(diǎn)來(lái)計(jì)算.黃河下游采用改正系數(shù)法計(jì)算某一斷面的過(guò)流能力.Q1=Q2Kw (1)式中：Q1為封凍初期流量(m3/s)；Q2為暢流期流量(m3/s);Kw為冰期流量改正系數(shù).式中：n2為暢流期糙率；n1為封凍初期糙率；t為冰蓋厚度(m)；t為冰蓋下冰花厚(m)；J1為封凍初期水面比降()；J2為暢流期水面比降().2.3 冰流演進(jìn) 當(dāng)冰下過(guò)流能力確定以后，冰流演進(jìn)則是水庫(kù)防凌調(diào)度的重要因素.非封凍時(shí)的冰流演進(jìn)系依據(jù)河道不穩(wěn)定流基本方程，封凍后根據(jù)冰蓋下過(guò)流能力不計(jì)區(qū)間摩阻損失計(jì)算. 圖1 利津站凌峰流量槽蓄水增量關(guān)系式中

6、：V為兩相流斷面平均流速(m/s);A為過(guò)流面積(m2)；h為水深(m)；sf為河段摩阻坡；s0為河段縱坡；g為重力加速度(m/s2)；t為時(shí)間(s)；L為河長(zhǎng)(m).將連續(xù)方程簡(jiǎn)化為水量平衡方程，運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為河段槽蓄方程    本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。河段水量平衡方程式中：為蓄量和流量關(guān)系的坡度；x為流量的比重因素.以水量平衡方程和槽蓄方程聯(lián)立求得流量演進(jìn)方程(馬斯京根法)Q2=c0I2

7、c1I1 c2Q1 (10)c0,c1,c2為系數(shù)，c0 c1 c2=1.0.    2.4 水庫(kù)防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型的建立 按照模型建立原理、冰下過(guò)流能力及冰流演進(jìn)等條件以黃河下游水文資料為數(shù)據(jù)，建立水庫(kù)調(diào)度數(shù)學(xué)模型.封(封河糙率)、n開(kāi)(開(kāi)河糙率)、J封(封河比降)、J開(kāi)(開(kāi)河比降)和t(冰厚)、t(冰花厚)等數(shù)據(jù).輸出資料為：三門峽至利津各斷面暢流期經(jīng)演算后的各站流量過(guò)程；初封期、封河期、開(kāi)河期按冰下過(guò)流能力控制后的流量過(guò)程反推至三門峽站流量過(guò)程作為調(diào)度過(guò)程線.封河時(shí)，以封河最上端的斷面作控制.封河流量值根據(jù)當(dāng)年下游河道斷面形狀前期水力因素綜合分析，封

8、河后日流量計(jì)算以暢流期、封河期水力因素用改正系數(shù)法求得.同時(shí)計(jì)算各河段的槽蓄水增量，其界定為，以孫口、濼口、利津站為準(zhǔn)，若孫口、濼口、利津三站以上河槽槽蓄水增量值超過(guò)所分析的安全值，則控制三門峽站下泄量，以滿足其安全值以內(nèi).開(kāi)河時(shí)，以封河最上端最早開(kāi)河日作控制.嚴(yán)格控制各斷面泄流不超過(guò)冰下過(guò)流能力計(jì)算值，并以各河段安全槽蓄水增量值控制.暢、封初、封、開(kāi)分別為0.0140.028，0.0110.029，0.050.06，0.0160.027，J()2.11.2，及冰厚、冰花厚等數(shù)據(jù)，得出三門峽、利津斷面流量過(guò)程.見(jiàn)圖2-1、2-2中虛線.圖2-1 19841985年度三門峽流量過(guò)程 圖2-2 19841985年度利津流量過(guò)程參 考 文 獻(xiàn)：1 蔡琳.三門峽水庫(kù)調(diào)度凌汛初期下泄流量的研究J.人民黃河，1985，(9).2 蔡琳.黃河防凌50年J.人民黃河，19