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分汊河道是河流中存在的一种常见河型。尤其是在长江、西江及松花江中下游分汊型河道广泛存在。与单一河流相比,分汊河流具有河宽大水深浅的特点而成为碍航河段,同时分汊河流具有二汊或多汊过流的特点,演变更为复杂,给防洪、灌溉、航运、工农业取水及两岸国民经济建设带来严重影响,因此,对分汊河流进行研究具有十分重要的意义。
本文针对分汊型河道边界复杂的特点,建立了基于贴体正交曲线坐标系下的二维水沙数学模型。探讨了多联通域贴体正交曲线网格的生成技术、数值离散方法。模型采用有限差分法离散平面二维水流运动方程和泥沙输运方程,通过非恒定流多个时间步逼近模拟恒定流的方法,模拟多分汊河段的水位、流速场及泥沙场。
将所建模型初步应用于松花江及长江中游典型分汊河段的水沙模拟,松花江中游通河和长江中游窑监河段的水流验证表明,水面线以及断面流速分布计算值与实测值较为一致,计算的各汊道分流比与实测值吻合较好,说明模型在离散格式、动边界处理、参数选择等方面是正确的。对长江窑监河段进行了2007年1月~2008年1月一个完整水文年河床冲淤过程的验证,计算冲淤量及部位与实测值很接近,表明所建模型具有较好的精度和适用性。