河道一维非恒定流水温数学模型研究_建筑科学论文摘要：本文介绍了影响河道水温的各种因素，并分析各因素对河道水温的影响程度。根据引黄入津河道实测资料，确定了纵向离散系数的经验公式，建立了适用于河道的一维非恒定流水温数学模型。通过对实际河道水温的数值模拟，结果表明，该模型具备模拟河道纵向水温变化的功能。此模型可以用于河道的水温模拟和预测，为河道实施生态调水方案和水温对环境的影响提供科学依据。关键词：非恒定流；水温；数值模拟；河道Abstract:thispaperintroducestheinfluenceofvariousfactorsofriverwatertemperature,andanalyzesthefactorsontheinfluencedegreeoftheriverwatertemperature.Accordingtothemeasureddata,theYellowRiverdiversionintothetianjinriver,determinedthelongitudinaldispersioncoefficientofexperienceformula,isestablishedthroughthechannelof1-dunsteadyflowwatertemperaturemathematicalmodel.Throughtotherealriverwatertemperatureofnumericalsimulation,theresultsshowthatthemodelhassimulationriverwatertemperaturechangesoflongitudinalfunction.Thismodelcanbeusedtosimulatetheriverwatertemperatureandtheforecast,fortheimplementationofecologicalriverwatertemperatureschemeandtheinfluenceoftheenvironmenttoprovidethescientificbasis.Keywords:theunsteadyflow;Watertemperature;Numericalsimulation;river中图分类号：TV697文献标识码：A1河道水温影响因素引起河道水温变化的因素主要有四个方面，即水面热交换、与河床的能量交换、内部产生的热和人为的加热和减热。1.1水面热交换水面热交换包括太阳短波辐射、净蒸发、热传导和净长波辐射四个方面。(1)式中，，为太阳短波辐射强度(W/m2)；为净蒸发(W/m2)；为热传导(W/m2)；为净长波辐射(W/m2)，，为大气长波辐射，为水面对长波的反射，为水体的长波返回辐射。1.2与河床的能量交换水体和河床的热交换是通过固体的热传导确定的，(2)为河床温度，为河床热传导系数(cal/(m•s))。水体与河床的能量交换，对于一般河流而言，因为河床温度的梯度很小，即，热量交换很小，故可忽略不记，即。但是对于封冻河道和潜水河道，特别是水温昼夜温差变化较大的河道，水体与河床之间的热交换则不可忽略。1.3内部产生的热水流内部产生的热产生有两种因素，一种为水的机械能通过摩擦转化为热；另一种为水中物质的化学能经过生物化学作用转换成热。无论是通过摩擦转化成热还是通过化学作用转化成热，热量产生很小，此项可忽略不计。1.4人为的加热和减热若河流沿程无人为的排热或减热，此项可忽略不计。上游来水温度和气象条件是对下游河道水温影响最主要的因素。气象因素主要包括气温、太阳辐射强度、总云量、相对湿度、风速、露点温度等。根据灵敏度分析，各影响因素由大到小的排列顺序依次为上游来水水温、空气温度、太阳短波辐射。因此运用数学模型预测坝址下游河道水温的沿程变化规律时，应保证这三个参数有足够的可靠性和准确性。2河道水温数学模型2.1圣维南方程组圣维南方程组由水流连续方程和动量方程组成，以Z、Q为变量的圣维南方程组形式如下：水流连续方程：(3)水流动量方程：(4)式中，Z为水位(m)；Q为流量(m3/s)；A为过水断面面积(m2)；n为糙率；R为水力半径(m)；C为谢才系数。2.2温度控制方程一维河道温度控制方程为对流-扩散方程，形式如下：(5)式中，Ex为纵向弥散系数(m2/s)；ρ为水的密度(kg/m3)；Cp为水的比热(cal/(kg•℃))；B为河面宽度(m)；S为单位表面积净热交换通量，表示水流与外界(太阳、空气、河道边界)之间的热交换量(W/m2)。2.3方程求解圣维南方程采用Preissmann四点隐式加权格式，由此可得到系数为三对角矩阵的非线性方程组，用TDMA(TriDiagonal-MatrixAlgorithm)法进行求解。温度控制方程，对时间项采用向前差分，空间采用中心差分，可得：整理可得：(6)其中采用扩散格式求解方程(6)。3参数率定纵向弥散系数是水温模型中的一个重要参数，其取值是否合理直接关系到水温模拟的精度。是随空间变化的，确定其分布十分困难。一般来说，应分为...