39、堤坝决口建模与泥沙输运知识解析

堤坝决口建模与泥沙输运知识解析

1. 堤坝决口建模

1.1 计算机代码开发

需要开发一个用于模拟堤坝决口扩展的计算机代码，采用二维圣维南方程，将决口作为内部边界条件。在决口上游，河流量在三小时内翻倍，之后保持该值不变。同时，要在决口扩展过程中考虑滑坡破坏机制。

1.2 相关研究情况

此前有众多关于堤坝决口和泥沙输运的研究，比如有对土堤决口、冲积河道冲淤数值模拟、侧堰流量系数、均质无粘性土堤漫顶决口等方面的研究。

2. 泥沙输运

2.1 引言

泥沙输运本质上是一个两相流问题，流体相为空气或水，固相为泥沙颗粒。侵蚀、输运和沉积过程统称为沉积作用，是自然过程，贯穿地质时期。它受水、风、重力影响，在防洪、侵蚀控制、流域管理以及石油和其他矿产资源开采等方面具有重要的工程和经济意义。

根据发生环境，泥沙输运可分为风成、河流、海洋和海底输运。这里主要关注河流中的泥沙输运，可分为推移质和悬移质两种模式。推移质中，泥沙颗粒跳跃、滚动和滑动，但始终靠近河床；悬移质中，泥沙由流体湍流携带到水柱中。在河流中，即使在大洪水期间，水柱中固体的体积浓度也相对较低，因此可以分别处理泥沙和流体相。

2.2 泥沙特性

2.2.1 泥沙大小

描述泥沙大小最常用的单位是毫米（mm）。由于天然泥沙颗粒形状不规则，单一维度定义大小可能不完整。对于较粗颗粒，D 表示理想化为椭球体的颗粒的中间轴；对于 0.0625mm 至 16mm 的泥沙，D 表示颗粒刚好能通过的最小筛孔尺寸；对于小于 0.0625mm 的颗粒，D 表示通过沉降或下落速度得到的