沖積河流均衡理論及其在長江中游的應(yīng)用.pdf

1、河流是水流與河床交互作用的產(chǎn)物。河流的均衡狀態(tài)一直是人們所需求的，也是一直以來河道整治的目標(biāo)。河流均衡是指輸沙相對平衡、河道相對穩(wěn)定和河道水力形態(tài)相對穩(wěn)定，沖積河流的游蕩型、分汊型、彎曲型和順直型河段都是河流均衡穩(wěn)定的表現(xiàn)形式，其形成過程符合河流的自動調(diào)整的原理，如何將河流的自動調(diào)整作用的基本原理用數(shù)學(xué)模型表達(dá)出來一直是河流動力學(xué)和河床演變學(xué)的難題之一。
　　 河流均衡理論可以說是河道整治工程史上的第二個里程碑。沖積河流總是向一

2、個平衡的方向發(fā)展，即達(dá)到均衡狀態(tài)。沖積河流的均衡理論研究的出發(fā)點是明確河流均衡理論的涵義，并將河流熵原理和能耗極值原理引入河流均衡理論的研究中。本文將非平衡熱力學(xué)理論中的熵應(yīng)用于河流均衡的理論中，提出河流最小熵產(chǎn)生率為河流均衡狀態(tài)的新判據(jù)。
　　 河流達(dá)到均衡的過程是一個非線性非平衡態(tài)熱力學(xué)過程，在任意瞬時，河流系統(tǒng)的熵產(chǎn)生總是取與該瞬時約束相適應(yīng)的、該瞬時所有可能熵產(chǎn)生率中的最小值。本文從新最小熵產(chǎn)生原理出發(fā)，通過最小功耗率原

3、理的推導(dǎo)，建立了與最小功耗率等價的河流最小熵產(chǎn)生率原理，并將其應(yīng)用到?jīng)_積河流均衡理論當(dāng)中去，建立了河流最小熵產(chǎn)生率公式。通過對沖積河流的不同邊界條件對河流最小熵產(chǎn)生率公式進(jìn)行了推廣，使該理論模型在沖積河流系統(tǒng)中的適用范圍更廣。
　　 根據(jù)河流均衡理論，河流達(dá)到均衡的過程滿足河流最小熵產(chǎn)生率原理。利用該原理封閉河流演變的基本方程，同河流均衡的目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的約束條件及計算條件一起建立河流均衡的水沙數(shù)學(xué)模型，分別對長江中游的枝城、沙