Page 37 - 水利学报2021年第52卷第5期

三湖河口
打不素扬水站 画匠营子岸边取消泵房

磴口净水厂
包钢水源地取水口 民利渠扬水站分水口
团结渠电力扬水站
头道拐

图 7 三湖河口-头道拐支流边界位置

3 参数率定

计算断面资料依据 2012 年 10 月黄河水利委员会实测的巴彦高勒至头道拐河段下游共 166 个实测
断面基础上增加桥梁断面 18 个、浮桥断面 3 个，总计 187 个大断面。实测断面间距较大会影响模型计
算的稳定性及模拟结果的精度，因此按照最大断面间距不超过 1 km，对断面进行线性插值，最终得
到河道断面 580 个，计算得到的是两个断面之间的间距为直线距离，没有充分考虑河道弯曲情况，得
到河道长度约为 486 km，落差 68 m。
3.1 糙率 准确的河道糙率是正确模拟河道过流能力的关键。钱宁通过水文站实测资料分析表明

对于黄河这样含沙量高的冲积河道，糙率变化不仅同水力要素有关，还同泥沙因素有关 ［33］ 。根据
大量实测资料推求，受多泥沙影响黄河河道糙率系数 n 值存在较低值情况 ［34］ ，张防修在黄河洪水演
［35］
进中取花园口河床糙率为 0.012 ，Fu 在宁蒙河段冰情计算中，分段率定出河床糙率取值区间为
［31］
0.011-0.040 。建立在黄河河道走向、断面形状和滩地特点分析基础上，通过无冰期河道数值模拟
率定河段的糙率为：计算河道 0 ~ 28 km 糙率为 0.040，28 ~ 196 km 糙率为 0.012，196 ~ 207 km 糙率为
0.030，207 ~ 443 km 糙率为 0.012，443 km-末端糙率为 0.015。
3.2 热交换系数 气温和水温变化是凌情变化的决定因素，凌汛期是“降温-流凌-封河-升温-开河”
的过程，通过水温模拟率定出热交换系数。
在一维条件下，沿流向的热扩散方程 ［19］ 为：

∂ ( ρC AT ) + V ( AρC T ) = ∂∂ æ ç AE ρC ∂T w ö （1）
∂
∂t p w ∂t p w ∂x è x p ∂x ÷ - B∅ T
ø
式中： ρ 为水的密度，kg/m ； C = 4.2 为水的比热，J/（kg·℃）；A 为渠道断面面积，m ； T 为断面
2
3
p
w
平均水温，℃；V 为断面平均水流速度，m/s； E 为热扩散系数，m /s；B 为水表面宽度，m； Æ 为
2
T
x
水体与周围环境的单位面积热交换率，包括：明流水面与大气的热交换率 Æ wa 、水面与飘浮冰块或
冰盖的热交换率 Æ wi 、以及大气与冰盖的热交换率 ∅ 等。
ia
水面与大气的热交换率采用线性传热函数 ［23］ ：
Æ wa = -Æ + h (T - T a ) - j T + k wa （2）
s
w
wa
a
wa
式中： Æ wa 为水面与大气的热交换率，W/m ； Æ 为太阳的短波辐射热交换率，W/m ； h wa 为空气和
2
2
s
水的热交换系数，W/（m·℃）； j wa 和 k wa 为同太阳辐射相关的热交换系数，W/（m·℃）。
2
2
当河段完全冰封时，水面与飘浮冰块或冰盖的热交换率Æ 可以描述为水温和冰盖底部温度的线
wi
性函数 ［19］ ，即：
Æ = h (T - T ) （3）
wi wi w m
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