大沽河河道滲漏及其對洪水演進影響研究.pdf

1、隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，洪水演進模型已成為防洪減災(zāi)保障體系理論的重要組成部分和強有力的分析工具。在遭遇洪水時，根據(jù)正確的洪水演進計算結(jié)果就可對洪水調(diào)度做出正確決策，使洪水災(zāi)害降低到最低程度。目前的洪水演進模型，考慮河道沿程滲漏損失影響的較少。由于干旱或半干旱地區(qū)的河流多為季節(jié)性河流，汛前期河道也多為干涸狀態(tài)，河道洪水具有暴漲暴落的特點，行洪期的河道滲漏量較大。因此，季節(jié)性河道滲漏規(guī)律及其對洪水演進影響研究，顯得尤為重要。研究成果不僅對于估

2、算地下水補給量，合理利用和保護地下水資源具有重要的現(xiàn)實意義，而且對于季節(jié)性河流的洪水預(yù)報和防洪減災(zāi)具有重要的應(yīng)用價值。
　　 本文通過砂樣非飽和滲流特性測定、室內(nèi)入滲試驗和野外現(xiàn)場入滲試驗，研究了大沽河河道的滲漏規(guī)律，獲得了不同河段的入滲參數(shù)，作為洪水演進模型的輸入?yún)?shù)。接著，基于流體力學(xué)的基本原理，推導(dǎo)建立了考慮滲漏項的洪水演進數(shù)學(xué)模型，并通過數(shù)值計算分析滲漏項中滲漏因素對洪水演進的影響。最后，基于MIKE SHE＼MIKE1

3、1耦合模型研究開發(fā)考慮滲漏條件的大沽河洪水演進模型系統(tǒng)，并應(yīng)用實例驗證了模型的可靠性和有效性。通過上述一系列試驗研究、理論分析以及洪水演進模型系統(tǒng)的研究開發(fā)，獲得了一些新的認(rèn)識和結(jié)論，主要包括：
　　 (1)試驗研究了不同砂樣的非飽和滲流特性，包括砂樣的水分特征曲線和水力傳導(dǎo)度。結(jié)果表明，粗、細(xì)兩種砂樣含水率曲線在吸力為0-30cm水柱的范圍內(nèi)比較接近，基本重合，隨吸力的增加，曲線逐漸分離，粗砂的持水性高于細(xì)砂。同為吸濕或脫濕過

4、程，在含水率相同時，粗砂的水力傳導(dǎo)度大于細(xì)砂；當(dāng)砂樣含水率小于20％時，水力傳導(dǎo)度小于10cm/d。
　　 (2)室內(nèi)入滲試驗結(jié)果表明，砂樣的初始含水率、砂樣質(zhì)地對入滲產(chǎn)生明顯影響。垂向或側(cè)向入滲速度隨著初始含水率的增大而減小，隨著砂樣顆粒的增大而增大，隨著砂樣干容重的增大而減小；入滲開始階段，入滲率很大；隨著入滲的進行，入滲率迅速下降。入滲率隨時間的變化過程可分為非穩(wěn)定入滲階段和穩(wěn)定入滲階段。粗砂在初始含水率分別為0.44％和

5、9.30％時的垂向穩(wěn)定入滲率約為0.0022cm/s和0.002cm/s；細(xì)砂在初始含水率分別為2.50％和9.65％時的垂向穩(wěn)定入滲率約為0.002cm/s和0.0018cm/s。粗砂樣在初始含水率分別為2.6％、7.35％和13.98％時的側(cè)向穩(wěn)定入滲率約為0.002cm/s、0.0011cm/s和0.0008cm/s。細(xì)砂樣在初始含水率分別為3.20％、7.61％和16.20％時的側(cè)向穩(wěn)定入滲率約為0.0026cm/s、0.002

6、cm/s和0.0016cm/s。
　　 (3)野外現(xiàn)場入滲試驗結(jié)果表明，包氣帶的水理性質(zhì)影響著河床的入滲能力；季節(jié)性河道入滲過程可分為非穩(wěn)定入滲階段和穩(wěn)定入滲階段；包氣帶砂樣越粗糙，透水性越好，非穩(wěn)定入滲階段持續(xù)時間越短。河床包氣帶砂層為細(xì)顆粒時，滲透系數(shù)較小，入滲率較??；顆粒粗糙、松散時，滲透系數(shù)較大，入滲率較大。河道非穩(wěn)定入滲過程約為1.5～2.0h，非穩(wěn)定入滲量占總滲漏量的比例隨時間的延長逐漸減少，河道過水時間為3天時，非

7、穩(wěn)定入滲量占總滲漏量的比例僅為2.75％～4.36％。
　　 (4)基于流體力學(xué)的基本原理，推導(dǎo)建立了包含滲漏項的洪水演進方程組，并采用Preissmann四點偏心隱格式對方程組離散求解。數(shù)值計算結(jié)果表明，河道滲漏對洪水演進過程產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為流量減小，水位降低，同一斷面峰值出現(xiàn)的時間延遲。影響的主要因素是河道的入滲率f，隨著入滲率的增大，影響越明顯；河道底坡變化對計算結(jié)果基本無影響。
　　 (5)基于MIKE SHE＼