常曲率河湾动力演变过程的非线性理论

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自然界河流可以分为三种类型:顺直河流、弯曲河流和分汊河流,其中,弯曲型河流是自然界最为常见的河流。对于弯曲型河流动力过程的研究,既具有重要的理论价值同时亦具有较大的适用价值。理论价值主要表现于,弯曲型河流是研究河流演变的典型例证,也是目前河流动力学研究中的热点内容。而自然界中广泛存在着弯曲型河流,如长江,黄河等,研究它们的动力演变过程与规律对于江河的治理,水库和水电站的建设,水资源的利用等都有着极大的作用,这就是它的适用价值所在。弯曲型河段的河道演变特点是,河弯常处在发生、发展和死亡的过程中,变化不居。河弯在形成以后,随着凹岸的不断冲刷和凸岸的不断淤积,河床平面形式不断改变。目前,人们对弯道动力演变特性的研究越来越重视,很多学者在这方面进行了一系列的研究与探索。本文针对常曲率河弯,对其动力演变过程进行了研究。建立了以河道中心线为横轴,河流横断面方向为纵轴的自然河流坐标系下水流运动控制方程;通过对方程沿水深积分,建立了内外模式下的控制方程;通过无量纲化选定控制参数,采用摄动展开的方法得出常曲率河弯流速及地形的零阶及一阶解;分析了常曲率弯道动力演变过程的非线性理论。运用已得到的理论公式建立数学模型,将本文的研究成果与前人的理论研究成果和实验数据进行了比较。本文的研究成果符合实际水流的流动规律,与前人的研究成果相较,更加精确的描述了常曲率弯道水流流速及地形的分布规律;在雷诺数较高的情况下能更好的与实际情况相匹配。
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