本书采用实测资料分析、力学理论分析及数学模型计算的综合研究方法，针对多沙河流水库的水沙运动规律及数值模拟技术开展了深入研究。本书研究内容包括多沙河流水库中的不同水沙输移类型，对其产生机理、运动规律及对水库运行的影响做了全面阐述，并且凝练了作者对水库异重流、溯源冲刷以及干支流倒回灌方面的研究成果。本书内容可为多沙河流水沙运动规律研究提供借鉴，还可为水沙耦合数学模型的开发与应用提供指导。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 2
1.2 研究进展 3
1.2.1 水库异重流 3
1.2.2 水库溯源冲刷 5
1.2.3 水库干支流倒回灌 7
1.3 本书主要内容 8
第2章 异重流流速与含沙量沿垂向分布规律 10
2.1 异重流交界面位置的确定方法 10
2.2 异重流流速沿垂向分布规律 11
2.2.1 最大流速点以下部分(Ⅰ区)流速分布 13
2.2.2 最大流速点以上部分(Ⅱ区)流速分布 19
2.2.3 统一流速分布公式 20
2.3 异重流含沙量沿垂向分布规律 22
2.4 小结 24
第3章 异重流运动控制方程及潜入点判别条件 25
3.1 水库异重流研究过程 25
3.2 水库异重流现象描述 26
3.3 异重流运动控制方程的推导 29
3.3.1 有效重力、惯性力及阻力 29
3.3.2 异重流的静水压力分布 32
3.3.3 异重流运动的连续方程 35
3.3.4 异重流运动的动量方程 36
3.4 已有异重流潜入点判别条件及完善 39
3.4.1 已有潜入点判别条件分析 39
3.4.2 已有异重流水槽试验资料分析 42
3.4.3 异重流潜入点判别条件的完善 43
3.4.4 完善后的异重流潜入点判别条件的验证 46
3.5 小结 48
第4章 水库异重流的输沙特点与洪水传播规律 57
4.1 异重流平均流速与泥沙沉速的关系 57
4.2 异重流的输沙规律 60
4.2.1 异重流挟沙力 60
4.2.2 异重流的不平衡输沙规律 65
4.3 异重流持续运动条件的定性描述及定量估计 65
4.3.1 异重流持续运动条件的定性描述 66
4.3.2 异重流持续运动条件的定量估计方法 68
4.4 库区异重流传播时间计算 73
4.4.1 洪水波波速的计算方法 73
4.4.2 库区异重流传播时间的估算方法 77
4.5 本章小结 79
第5章 库区干支流倒回灌过程计算方法 81
5.1 干支流倒回灌的影响 81
5.2 基于分流比概念的倒灌计算方法 82
5.3 基于动量方程的异重流倒灌计算方法 83
5.3.1 已有倒灌流量计算公式总结 84
5.3.2 异重流倒灌流量公式推导 85
5.3.3 倒灌流量公式验证 88
5.4 基于水库蓄泄关系的干支流倒回灌计算方法 91
5.5 支流异重流沿程变化及倒灌长度计算 92
5.6 干支流倒回灌水沙过程计算的新方法 95
5.6.1 库区典型水沙过程 96
5.6.2 库区干支流水位变化 97
5.6.3 分时段计算干支流倒回灌水沙过程 100
5.7 本章小结 101
第6章 水库溯源冲刷规律及计算方法 103
6.1 水库溯源冲刷模式 103
6.2 溯源冲刷的输沙率计算 106
6.2.1 基于能量平衡的输沙率公式 106
6.2.2 以床面切应力为主要参数的输沙率方程 107
6.2.3 其他经验公式 110
6.3 溯源冲刷纵剖面演化计算 112
6.3.1 给定纵剖面曲线类型的计算方法 112
6.3.2 纵剖面偏微分方程的解析计算 115
6.3.3 数值求解方法 120
6.4 本章小结 121
第7章 多沙河流水库水沙调度模型的建立及其应用 122
7.1 水库水沙调度模型研究进展 122
7.2 水库水沙调度一维模型的建立 124
7.2.1 模型控制方程 126
7.2.2 控制方程离散 126
7.2.3 模型中关键问题的处理 128
7.2.4 数学模型的计算流程 136
7.3 水沙调度模型在三门峡水库中的率定及验证 139
7.3.1 三门峡库区概况 139
7.3.2 三门峡库区数学模型的率定 145
7.3.3 模型验证计算(库区三河段冲淤过程的模拟) 150
7.4 三门峡水库运用方式及其对潼关高程影响的数学模型研究 152
7.4.1 各种计算方案与初始条件 152
7.4.2 典型水沙系列的特征值统计 155
7.4.3 各种方案的计算结果与分析 157
7.5 本章小结 161
第8章 考虑干支流倒回灌的水库明流与异重流耦合模型 162
8.1 水库明流与异重流耦合数学模型 162
8.1.1 耦合模型的控制方程 163
8.1.2 方程组封闭 169
8.1.3 数值计算方法 171
8.1.4 干支流倒回灌过程计算 175
8.1.5 模型求解流程 176
8.2 异重流水槽试验模拟 178
8.2.1 恒定流量下的异重流潜入实验模拟 178
8.2.2 释放定量浑水的异重流实验模拟 180
8.3 三门峡水库异重流运动过程模拟 182
8.3.1 三门峡库区概况 182
8.3.2 耦合模型的边界条件 183
8.3.3 模型率定 185
8.3.4 模型验证 188
8.4 本章小结 191
第9章 小浪底水库调水调沙运用过程的数值模拟 192
9.1 小浪底水库与调水调沙概述 192
9.2 模型率定(2002年调水调沙过程模拟) 195
9.3 模型验证(2006年调水调沙过程模拟) 197
9.3.1 计算条件 197
9.3.2 浑水明流要素分析 199
9.3.3 异重流要素分析 200
9.3.4 干支流倒回灌流量分析 203
9.3.5 排沙比分析 204
9.4 模型验证(2004年调水调沙过程模拟) 204
9.4.1 计算条件 204
9.4.2 计算结果分析 205
9.5 模型验证及参数敏感性分析(2012年调水调沙过程模拟) 208
9.5.1 计算条件 208
9.5.2 计算结果分析 209
9.5.3 模型参数敏感性分析 214
9.6 本章小结 216
第10章 多沙河流水库溯源冲刷过程的一二维数值模拟 218
10.1 溯源冲刷过程的一维数值模拟 218
10.1.1 溯源冲刷水槽试验模拟 218
10.1.2 小浪底水库干流溯源冲刷模拟结果 223
10.2 溯源冲刷过程的二维数学模型 224
10.2.1 控制方程 225
10.2.2 数值方法 226
10.2.3 二维模型数字地形的生成 232
10.3 溯源冲刷过程的二维数值模拟 234
10.3.1 水槽试验中溯源冲刷过程的二维模拟 234
10.3.2 小浪底支流畛水口门溯源冲刷过程模拟 237
10.4 本章小结 250
参考文献 251
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