河势时空建模分析方法

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1、河海大学硕士学位论文对许多问题的认识还不成熟，对一些问题的看法尚难于统一【2】。目前对于河床演变问题一般采用定性分析与粗略计算相结合的方法【3】。国内外学者对河势问题的研究分析方法主要包括物理模型、数学模型和GIS分析方法。(1)河工物理模型河工物理模型是根据河道水流和泥沙运动力学相似原理，按一定的比尺关系在试验室中将原型需要研究的河段缩制成模型，并复演其水流和泥沙运动。河工物理模型试验可预测河流在自然情况下及修建水工建筑物后水库及河道的水流泥沙运动规律、排沙特性、冲淤形态、河势变化等【4巧】。物理模型试验的优点是比较直观，特别涉及河口泥沙冲淤，河势演变

2、等复杂问题时，不失为研究河口治理的重要工具。我国一些大型的河口整治工程研究，都做过物理模型，如长江口模型：交科院河口海岸科学研究中心(上海)、南京水利科学研究院(南京)等，为我国河口整治工程研究做出了重要的贡献。物理模型也存在着一些缺点，比如建造成本昂贵，只能模拟有限的流动，同时受模型选用的材料，以及物理模型本身的比尺效应等因素的限制【6】。(2)动力学数学模型基于河流动力学的数学模型是将描述水流、泥沙运动和河床变形的数学物理方程进行离散数值化求解的过程。数值模拟除了具有耗资省、速度快，修改灵便等优点外，还具有其他模拟技术难以甚至不能达到的解决问题的能力

3、。随着高速度大容量的电子计算机的发展，数学模型无论在理论上和计算技术上都发展甚快。目前，对于水动力的数值模拟研究得比较多，相对较成熟。但是数学模型也有其缺点，首先无法完全模拟河流形态，计算的结果数据精确但不一定准确。此外，边界条件不好确定，不同的研究区域数学模型的参数都需要较大的调整。数学模型很大程度上依赖泥沙输移理论的发展，如水流挟沙力是反映河床处于冲淤平衡状态下水流挟带泥沙量的综合性指标，是一个最为重要的理论问题，目前基本上是经验或半经验公式。因此，要想通过数值计算方法准确模拟预测河床变形，首先必须解决泥沙运动理论的相关问题‘-姗。(3)GlS分析方

4、法近年来随着GIS和DEM技术的发展，其在河势的研究中应用逐渐开展，使2第一章绪论河势的研究逐步从以前的定性分析逐步走向定量计算。利用GIS技术手段对河势进行分析成为河势分析方法新的发展方向。河势分析中，大量实测资料输入地理空间数据库，构建数字化河道，使河势的研究逐步从定性向定量转变，从经验性研究向科学性研究转变。通过GIS平台构建的数字河道，改变河势分析方法，提高效率。地理信息技术的运用，为河势分析提供了新的思路和方法。吴华林等(2002)实现了从横剖面、深泓线纵剖面、平面变化等不同角度对长江口拦门沙地区滩槽演变、岸线侵蚀、沙岛形成与变迁等进行研究，通

5、过计算河槽容积，实现了对不同时段泥沙冲淤量的计算【111。丁贤荣等(2001)在GIS技术的支持下进行了长江镇扬河段的演变分析【12】；李茂田等(2001)对九江段河道进行了演变分析【13】；王强(2004)利用GIS作冲淤分析，并将结果与对地形断面法和输沙量平衡法进行了比较分析114】；刘平(2006)在GIS支持下对长江干流江苏段河道进行冲淤分析【15】。这些都为河势分析提供了一种较好的手段。1．4研究内容论文是基于GIS空间分析技术，并结合河流动力学模型分析方法进行河势分析，主要的研究内容包括：(1)河势指标提取与分析。主要包括河流主流线、河床深泓

6、线、及河弯顶冲点提取与分析等。(2)河势数字化分析方法建模。研究建立数字河流的河势分析方法模型，实现基于GIS技术和河流动力学模型的河势定量分析。(3)河势分析。针对长江江苏段的河道进行河势演变分析，对比分析河势的主要指标包括：河流主流线、河床深泓线和河弯项冲点，研究河势变化。1．5研究方法与技术路线论文的研究方法是：根据河势指标分析方法、GIS空间分析方法以及河流动力学数学模型方法，进行河势要素的提取和演变分析，包括河流主流线、河道深泓线以及河弯顶冲点，并进行河势分析。主要分为河势时空分析方法建模和长江江苏段河势分析。3河海大学硕士学位论文论文的技术路

7、线是：通过河势要素的量化分析方法和GIS空间分析方法，并结合河流动力学模型分析方法，建立河势分析方法模型，在数字河道基础上进行河势分析。为防洪减灾、河道整治规划和岸线资源利用规划提供科学依据(图1-1)。图1．1技术路线图4第二章河势建模时空分析方法本章研究目标是建立河势时空分析方法模型。以河势概念与河势指标体系为基础，针对河势的指标进行量化分析，提出河势建模分析方法，实现河势定量化分析。2．1河势概念讨论河势目前尚无严格的科学定论。河流动力学中，河势定义为河道的平面态势，包括主流线、水边线及其所构成的平面形态(如汊道、弯道、边滩、心滩、江心洲、河漫滩)

8、以及水面现象等，是有关形态要素的总成。有时也指河道的基本流势，或称基本流科161