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山区河流河底比降s0较大,洪水波特征方程揭示运动方向

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:山区河流河底比降s0较大,洪水波近似于运动波。式则是运动波的特征方程,表明洪水波运动方向,即沿特征线方向,任一相应流量在运动中都不发生变化。这意味着运动波没有坦化现象,是否变形取决于波速Ck为常数与否。运动波条件下,其特定断面水位-流量关系多数情况下呈单值关系。

山区河流河底比降s0较大,洪水波特征方程揭示运动方向

山区河流河底比降s0较大,洪水波近似于运动波。它假定惯性项和附加比降项与河底比降相比小很多,因而可忽略不计。依据Chezy公式,摩阻比降sf

将式(9.25)代入式(9.23),并忽略惯性项和附加比降项,则有

由于流量模数K是断面形状和水深的函数,表明对于特定断面,水位与流量呈单值关系,即Q=f(h)或Q=f(A)。从而有∂A/∂t=(dA/dQ)·(∂Q/∂t),代入连续方程(9.23),则可得

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设波速Ck=dQ/dA,式(9.27)就变为

式(9.28)是关于流量Q的运动波方程,鉴于它是仅含一个未知函数的一阶偏微分方程,依据偏微分方程特征原理,它等价于下述常微分方程:

式(9.29)是运动波的特征线方程,表明运动波总是向下游传播且波速为Ck。式(9.30)则是运动波的特征方程,表明洪水波运动方向,即沿特征线方向,任一相应流量在运动中都不发生变化。这意味着运动波没有坦化现象,是否变形取决于波速Ck为常数与否。由于波速是随水深和流量而变化的函数,通常水深是沿流程变化的,因而运动波一般存在着扭曲变形,即波前越来越陡,如图9.6所示。

运动波条件下,其特定断面水位-流量关系多数情况下呈单值关系。

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