多沙河流洪水演进及其与河床相互作用机理的研究

多沙河流洪水演进及其与河床的相互作用是一个多尺度、强非线性耦合的多物理过程，由于来水来沙及边界的特殊性，常表现出异于常识的现象。迄今对此问题的理论研究尚不充分，受此制约，数学模型在洪水预报可靠性方面受到影响。本研究首先分析水流运动与河床变形耦合条件下偏微分方程系统的特征关系，建立多沙河流洪水波运动的wave hierarchy方程，结合实验研究，分析不同尺度、动因的波动与河床相互作用的机制；其次，引入动床条件下浅水流动的特征系统，改进现有基于双曲方程Riemann解的数值格式，建立适用于多沙河流的全耦合数学模型；最后，研究黄河中下游异常洪水演进现象发生的机理和上游水库水沙调节的临界阈值。通过本项目的研究，可深化对多沙河流洪水传播与河床变形相互作用机制的认识，建立多沙河流全耦合水沙数学模型，提高多沙河流洪水预报的可靠性，因此本项研究不仅具有重要的科学价值，同时具有重要的现实意义

多沙河流洪水演进及其与河床的相互作用是一个多尺度、强非线性耦合的多物理过程，由于来水来沙及边界的特殊性，常表现出异于常识的现象。迄今对此问题的理论研究尚不充分，受此制约，数学模型在洪水预报可靠性方面受到影响。本研究首先建立的适用于多沙河流的two-phase mixture 方程，研究了输沙方程的边界条件，分析水流运动与河床变形耦合条件下偏微分方程系统的特征关系，建立多沙河流洪水波运动的wave hierarchy方程，分析wave hierarchy 方程中水流的运动波、动力波和河床变形波在洪水演进过程中的特性，研究洪水演进及其与河床相互作用的基本机制，进而解释黄河等多沙河流发生的特殊洪水演进现象的发生条件、演进过程、多尺度耦合机制；其次，引入动床条件下浅水流动的特征系统，改进现有基于双曲方程Riemann解的数值格式，建立了适用于多沙河流的水流运动、泥沙输移、河床变形三者全耦合的数学模型；最后，研究了黄河中下游异常洪水演进现象发生的机理和上游水库水沙调节的临界阈值。.通过本项目的研究，可深化对多沙河流洪水传播与河床变形相互作用机制的认识，建立多沙河流全耦合水沙数学模型，提高多沙河流洪水预报的可靠性，因此本项研究不仅具有重要的科学价值，同时具有重要的现实意义。