二维泥沙数学模型在唐河倒虹吸工程设计中的应用

其 中糙 率公 式 为
ｎ ‘： —一二 一 ｎ＝ ■ ＝ ｍ ｈ ｌ ： ＿ —／ ３
— —
源自文库
度大 ，出现 “ 平地漫流” ，铁路桥附近 ６ ｍ路基路 ｋ
轨 被 冲毁 冲 走 。１９ ９２年 河 北 省水 利 水 电 勘 测 设 计
研 究 院 对 唐 河 倒 虹 吸 工 程 至 铁 路 桥 河 段 进 行 了
６ ｍ，平 均 粒 径 为 ０ ２ ． ４～０ ４ ｍ；下 部 为 砾 石 层 ， ．４
此次 建立 唐 河 交叉 断 面泥 沙 数 学模 型 采 用 “ ３ ８ 洪 峰流量 为 ３ ０ ｍ ／ ，选 用 了模 型 范 围 内 ６．” ００ ｓ
“ ３ ８ 洪 痕 ５处 。 ６．”
３ 泥 沙 数 学 模 型 理 论 基 础
・
４ ・ ０
科 研 与管理
水 利规 划 与设计
２ １ 第 ３期 ０ ０年
要调 试 系数 。
５ 模 型 应 用
将 该 模 型 应 用 到 唐 河 工 程 前 后 ，对 无 工 程 情
４ 模 型 建 立
４ １ 模型 计算 范 围及 模 型 剖分 。 参 照南 水 北调 中线 总干 渠 的线路 布置 和跨 河建 筑物 型式 ，模 型上边 界 为钓 鱼 台村北 ，下 边 界为 大
１ 工 程 概 况
南 水北 调 中线 工程 唐河 倒虹 吸位 于定 州 市辛庄 村附 近 ，在 其西 北 约 １０ ５ ｍ处 穿 越 唐 河 ，渠 线走 向 Ｎ ５。 Ｅ ７ ，与 唐河 基本 正 交 。工 程 以上控 制 流 域 面积
４７ ｋ ５ ８ ｍ ，距 西 大 洋 水 库 １ ． ｋ ，距 京 广 铁 路 ６４ ｉ ｎ
计算 。计算 内容包 括有 工程 、无 工 程两个 方 案 三种
洪水标准的水位及冲刷等情况的分析。
模 型 计算 是 在 现 有 河 床地 形 地 物 条 件 下 进 行
的。通 过对 比 １ ６ 地形 图和 １９ ９ ７年 ９ ５年 地 形 图 ，可 以看 出 河 道 地 形 无 明 显 变 化 ，且 “ ６ ８ 洪 水 未 ９． ” 出河 槽 ，因此 现 状 河 道 行 洪 条 件 基 本 上 与 １６ ９ ３年 洪水 所 造成 的地 形相 同。
用证明 ，该模型计算结果合理 、可靠 。
【 关键词 】 二维
数学模 型 泥沙 应用 【 Ｏ 编码 】 １．９９ｊ ｓ ．６２ ２６．０００．１ Ｄ Ｉ ０３６／． ｓ １７ — ４ ９２ １．３０３ ｉｎ 【 图分类号 】 Ｔ １ 中 Ｖ４ 【 文献标识码 】 Ｂ 【 文章 编号】 １７ — ４９ （００ ３ ０４ ０ ６２ ２６ ２１）０ — ００～ ３
流村 南 。模 拟 范 围 最 大 宽 度 ５ ５ ｍ，最 小 宽 度 ．ｋ
１６ ｉ，长 度 ｌ ｋ ．ｋ ｎ Ｏ ｍ，总 干渠距 上 边界 ５ ５ ｍ，距下 。ｋ
况 、有工 程情 况 （ 程 断 面 宽 度 ｌ０ ｍ） 下 ５ 工 Ｏ０ Ｏ年
一
遇 、１０年一 遇 和 ３０年一 遇 洪 水 分别 进 行 模 型 ０ ０
２ １６ ９３年 洪 水 概 况
１６ ９３年 洪 水 是 唐 河 有 实 ｉ资 料 以来 的最 大 洪 贝 ０ 水 ，西 大洋 水库 至 京广铁 路桥 区间暴 雨历 时长 ，强
演变 方程 式 、水 流 阻力方 程 式 、水 流挟 沙能 力方 程
式 、悬 沙 连续性 方 程式 、床 面稳定 性条 件式 等 。
采 用 天 津 大 学 王 尚义 教 授 提 出 的 泥 沙 数 学 模
平 均 粒 径 为 ６ ０ ～８７ ． ． ｍ， 河 床 覆 盖 层 厚 度 大
于 ３ ｍ。 ０
型 ，参 与 河床演 变 过程 的物理 参数 共计 ９个 ，系统
要求建 立 ９个方 程式 ，包 括水 流连 续方 程式 、河 床
边 界 ４ ５ ｍ，范 围约 ４ ｋ ．ｋ ０ｉ 。 ｎ
科研 与管理
水 利规划 与 设计
２ １ 第 ３期 ０ ０年
二 维 泥 沙 数 学 模 型 在 唐 河 倒 虹 吸 工 程 设 计 中 的应 用
张卫 东
（ 河北省 水利 水 电勘测 设计 研 究院 天 津 ３ ０ ５ ） ０ ２０
【 摘
要 】 采用二维 泥沙数学模型 ，对唐河倒虹 吸工程附近河道进行 了数值模 拟。通 过模 型的建立 、 调试 及应
后确 定工 程断 面 “ ３ ８ 洪峰 流量 为 ３ ０ ｍ ／ 。 ６．” ０ ０ ｓ
１．ｋ ４ １ｍ。工程 等别 为 Ｉ 。 主体长 度 １５ｍ，设 计 等 １５ 流量 为 １５ 。 ｓ ３ ｍ ／ ；加 大流量 为 １ ０ ｓ ６ ｍ／ 。
唐河倒虹吸附近河床为宽浅游荡性沙质河床 ， 河 宽 ３— ｋ ５ ｍ，河 段 比降 为 ０ １％ ，滩 地 宽 阔 ， 目 ．３ 前 主槽 位置 是 １６ ９ ３年 洪水 以后 形 成 的。河 道 除两 侧 上部 有部 分砂 壤 土外 ，表层 均 为砂 层 ，厚度 ４—
洪痕 １ ０处 。
采 用该模 型 进行 泥 沙模 拟计 算 ，确 定 “ ３８ ６． ” 洪峰 流量 是关键 。 由于西 大洋水库 至 铁路桥 河段 宽 浅游 荡 ，冲淤 变化 剧烈 ，虽 有一些 洪 痕仍难 以直接 推算 “ ３８ 洪 峰 流 量 ，在 此 采 用 了 铁 路 桥 调 查 ６．” 流 量 ４ ０ ｍ／ １０ ｓ按 河 段 长 度 比率 折 算 出工 程 断 面 “ ３８ 洪 峰流量 为 ２ ８ ｍ ／ ，后 用 多种 方 法复 核 ６．” ９０ ｓ
７ ５ Ａｏ
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式 中 ：Ａ 为水 流计 算 调 试 系 数 ，是 模 型计 算 的 主 。
作者简介 ：张卫东 （ ９４年一 １６ ） ，男 ，高级工程师 。
“３ ８ 历史 洪水 调 查 ，共 调 查 到洪 痕 ３处 ；搜 集 ６。” 到 １６ ９７年调绘 的 １ １００地形 图上 标测 的 “３ ８ ：００ ６．”