苏库淤积计算法则的探讨

木提力普·吾斯曼

摘 要：苏库沉淀算法有许多钟，这主要推荐使用有限差分法来计算苏库的沉淀量。有限差分法是如今苏库沉淀算法中比较常采取的一种方法，它主要是把沉淀计算法则的微分方程转换为差分方程，最后解出差分方程结果，当作微分方程的大概结果。必须说明，有限差分法不仅仅局限在苏库的冲刷淤积算法，对在普遍比较长里程的河道冲刷淤积变形算法亦适用。由于两个的基本原理和法则，它的实质是完全一模一样的，就是在边界条件的明确规定和法则的实际引用上有所的不同。

关键词：苏库；淤积；计算法则

1 苏库淤积的计算法则

苏库淤积的计算法则，主要预测库盘的淤泥沙子沉淀量，它是苏库实践运行管理中的重要问题之一。

1.1 基本方程式

苏库冲刷淤积算法的基本方程：流水连续方程式、夹沙流水运动方程式及淤泥沙子连续方程式。而且利用上述基本方程进行苏库冲刷淤积算法，于理论上还有难处。为了方便推算，把夹沙水流运动方程简单化为清澈水流方程，淤泥沙子连续方程中，未考虑液体中包含沙子量的由于时间改变，如此，三个基本方程式则为流水连续方程

（1）

流水运动方程

（2）

淤泥沙子连续方程

（3）

式子中 r-库底高程；g-输沙率；y'-沉淀淤泥沙子干容重；j0-库底坡降；jf-阻力坡降。

引用有限差分法进行的冲刷淤积演算，应该对以上三个方程做更进一层简化，最后联立解答。

把原来不是恒定流当作恒定流来解决。就是把进库流量过程线，经过划分时间段的方法修改成阶梯流量过程线，平均某一个时间段相对应的阶梯流量作为常数，流水为恒定流。如此方程（1）则表达为q=bhU （4）

把流水运动方程简单化为：恒定不是均匀流运动方程。式（2）中省略掉惯性一项■，并且代进q=bhU及U=■h2/3j1/2后，可以简单化j=■+■（■）

同时改成有限差的方式j=■+■（■-■） （5）

式子中q-演算时间段的均量；N-演算库段的综合粗糙率；b、h-演算库段均匀库宽和均匀水面深度；Y-演算库段长；b1、b2、h1、h2-入、出库断面的均匀库宽和均匀水面深度。

把淤泥沙子连续方程亦修改成有限差方式，就是（g1-g2）×（t1-t0）= Y'b（x1-x0）×（z1-z0） （6）

式子中g1、g2-依次是入、出口断面输沙率，用来演算悬移质冲刷淤积时侯g=qs；用来演算推移质冲刷淤积时侯g=qs+bGb。式中s是悬移质均匀含沙数量；Gb是单位宽度推移质输沙率；（t1-t0）——演算时间段；

（z1-z0）——演算库段均匀冲刷淤积厚度，结果正值是淤积，结果负值是冲刷。

在苏库进行冲刷淤积演算的时侯，只要把库盘区域划分成几个库段，并且按水流数量阶梯划分成几个计算时间段，继而联立求解式（5）与式（6），就可以解得苏库冲刷淤积的拓展全过程。

1.2 演算方法步骤

（1） 把库盘区域划分成几个演算库段，某一库段取一个典型断面，当成库段的出口断面。假设所选择的典型断面形态各异，宜简单化成比较规则的断面形状。

（2） 描绘库盘区域纵剖面图形及各自典型断面的横剖面图形，并且描绘出各自断面有关工作曲型线，诸水深和库宽、水深和均匀水位、水深和通过水断面的面积等关系曲型线。

（3） 选取演算年份，描绘水流量过程线并且简单化为几个流量等级，划分演算时间段，明确各自时间段的水量。

（4） 明确闸前水深并且当成管控水深，引用公式（5）按照《水利学》中解求天然库盘库床恒定不是均匀流水面曲线的法则描绘水面曲型线，并且因此推解各自典型断面水力因素，就是水流速度、水面深度等。

（5） 选取上游入口断面当成演算苏库沉淀的初始断面，并且由于实际观测资料的分析比较，明确于特定流量时间段流入该断面的悬移质含沙数量与推移质输沙率。

（6） 经过实际观测资料分析研究，选择确定悬移质流水夹沙力公式和单位宽度推移质输沙率式子，并且演算各自典型断面的输沙数量。

（7） 引用式（6）演算各自库断的均匀冲刷淤积厚度，把演算成果描绘成崭新的库床纵剖面图形。到此为止，第一个时间段的演算工作任务就结束了。

（8） 依据求得的最新库床纵剖面形，修订各自典型断面的工作曲型线，按照4～7项所有规定的方法步骤开始进入第二个时间段的演算。这样反反复复演算下来，就可以算出全部演算时间段的水面曲线变化以及库盘区域库床纵剖面的发展变化。

有限差分法因为原理简单易懂，比较容易领会，因此生产运行管理上被广泛应用。假设演算参数（粗糙率、夹沙力公式等）选取适当，演算成果就能达到特定的精度，缺点：演算工作繁多琐碎、量大而复杂。但现阶段电脑在生产生活中上得到充分、广泛普及应用，如此减少演算量、努力提高演算精度是非常有益的。

2 演算中几个问题值得注意

利用有限差分法对苏库进行冲刷淤积演算，结果的精确度与可靠性往往和演算中有些问题的解决是否恰当的关系非常大，甚至有时成了演算成功与失败的关键。因此在演算以前，针对这样的问题应该谨慎考虑并且作好解决处理办法。

2.1 入库悬移质含沙量与推移质输沙率的推定，针对苏库冲刷淤积的数量与部分有很大影响。针对在进库沙量的确定可以采取以下的步骤。

（1）当苏库临近有水文观测站，可以依据水文观测站的实际观测资料建立起流量和含沙量或流量和输沙率的关系曲型线推算求得入库悬移质含沙量，针对进库推移质来而言，目前因为观测实验资料无可靠性，很难达到规定精度的要求。

（2）当没有实际观测资料的时侯，可以依据输沙模数图形或者流水夹沙力式子演算悬移质含沙量，推移质输沙率就用推移质式子演算；假如苏库上游具有已建成的水利枢纽工程并且有实际观测沉淀资料，引用如此资料用来估计试算进库沙量。

必须说明，因为目前所引用的悬移质流水挟夹沙力与推移质输沙率演算式，较多属于经验性质或者半经验性质半理论性，亦努力采用该库河流实际观测资料来对所采取的公式进而检验，用来分辨所采取的公式到底是否适合于该河流。

2.2 库床粗糙率的确定。粗糙率反映了该河流对于水流阻力作用，粗糙率的确定定是否合乎要求，必将影响演算回水曲型线的精度。但天然河流的粗糙率为一非常繁杂的问题，如今还没有通用的法则，在现实演算当中还都靠经验的方法来选定。

2.3 悬移质夹沙力公式的选取。在苏库冲刷淤积进程变化中，悬移质输沙不是平衡的。冲刷淤积演算时侯如果流量是饱和输沙，就是断面的含沙量刚好等于断面流水夹沙力。所以，夹沙力式子的选取是否适合，对于演算成果有很大影响。现阶段宜用比较多的为湖北水利电力大学的夹沙力公式就是s*=k（■）M。但是式子中的k值和M值必须依据实际观测资料来确定。

2.4 许可一次的最大冲刷淤积厚度。为了简单化演算办法，在一个演算时间段里，如果苏库产生冲刷或者沉淀的进程中，库水深为不断变化的，所以许可一次冲刷淤积的厚度不可能很大，亦即划分的演算时间段不可能很长，不然就不能达到上以上假设，宜依据演算所规定的精度要求来选定。一般的情况在某一演算时间段里的冲刷淤积厚度管控在等于或者小于1/10～1/15水面深度。

3 结束语

除了上述问题以外，别的问题若演算年份的选取、入库水量过程线的划分、库段的划分、代表断面的选取、冲刷淤积方式的假设，及库床粗糙化、细致化的考虑等，就可依据苏库冲刷淤积特性与有限差分法的硬性规定参考确定。