案例6-河道收缩局部水头损失仿真计算

1. 案例介绍

河道经汊口分为两条支流，由于汊口处河道发生突扩和突缩，难以在一维水动力模型中直接表征因汊口形状带来的对河流水力条件的影响。因此，在该案例中，通过在模型中通过新增“局部水头损失”水工建筑物的形式，实现对汊口水力条件影响的仿真计算。

2. 操作说明

2.1 模型结构

创建一维工程后进入一维仿真界面。

将本案例所需组件拖入中间栏： 首先拖入一个河道起点组件，一个河道汊口组件，两个河道终点组件。将组件按照图中编号顺序连接起来，形成三条河道。

再拖入两个水头损失组件，用来表示河道的局部水头损失，连接到河道2和河道3上。

点击保存

2.2 边界设置

点击河道起点，右侧出现参数配置栏“边界信息”。 按图中参数设置边界，边界类型：流量随时间变化，变化表格填写0s流量0m^3/s，3600s流量500m^3/s，7200s流量800m^3/s。

点击河道终点，配置边界信息。两个河道的边界信息内容相同。 按图中参数设置边界，边界类型：水位随时间变化，变化表格填写0s水位5m，7200s流量2m。

点击保存。

2.3 汊口设置

点击河道汊口，配置汊口信息。

点击保存。

2.4 河道设置

点击河道1，配置河道的断面数据。一条河道至少有两个断面，因此先配置上游的断面1，设置断面里程为0，填写断面数据表单，参考下表。

可设置断面最左端和最右端分别为左岸和右岸。由于本此案例中河道断面不包括漫滩，也可以不手动设置左岸右岸。设置好的断面可以从表单下方的图表中预览。

三条河道，每个河道对应两个断面，6个断面，断面截面相同，断面里程参考下表。

点击保存。

2.5 水工建筑物设置

2.5.1 局部水头损失

点击河道2上的水头损失，用户可以自定义该水工建筑物的名称、编号、所在里程以及局损系数；这里，我们采用默认的名称和编号。

定义所在里程，表示该水工建筑物具体从河道何处开始产生作用，由于河道2的里程范围为1001-2000，因此，河道里程定义为1100。定义局损系数，表示局部损失作用的百分比，此处，定义为50%的水头损失，即0.5。

对于河道3上的水头损失，定义里程为2200，定义局损系数为0.7，如下图所示

点击保存

3.模型参数

点击仿真参数，进入模型参数配置界面。

3.1 基础信息

作业名称和计算内核不需要修改，保持为亚稳态计算。

3.2 时间步&资源配置

结果写入时间步间隔和日志写入时间步间隔都设置为60s。时间步长修改为1s，最大时间约束值设置为7200s。

3.3 物理模型

假设整个河道内部比较顺畅，给一个底部均匀的strickler摩擦系数50，填写该摩擦系数到三个河道的每一个断面，主槽和漫滩都填写50。

3.4 初始信息

配置河道初始信息，首先配置河道1，填入河道1两个断面的里程，设置初始水位5m，初始流量为0m^3/s。

再点击2，配置河道2，同样填入河道2对应两个断面的里程，初始水位和初始流量设置与河道1相同。河道3同理。点击保存

3.5 网格部分

保持默认即可。

3.6 结果配置

设置展示方式为：全部虚拟断面。

3.7 仿真计算

全部配置完成后，点击保存，并提交计算。

4. 结果展示

4.1 河道

查看河道1的断面水深，选择按“时间”排布方式查看，下方图表将自动切换为横轴为里程，纵轴为物理量的模式，选中7200s，结果如下

查看河道2和河道3的断面水深，选择按“时间”排布方式查看，下方图表将自动切换为横轴为里程，纵轴为物理量的模式，选中7200s，结果如下

可以发现，在河道2和河道3的不同里程坐标上，出现了明显的水头损失现象，具体损失的数值由我们定义的水头损失系数决定，越接近1表示该损失越大。