[原创]：国外一些一维水力输沙程序简介

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国外一些一维水力输沙程序简介
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一、缘起
在水库设计中，水库的淤积是个很重要的设计内容，对水库的长期效益、库区淹没、特征水位的确定、冲沙底孔的布置和规模影响很大。如果泥沙问题不很严重，库区没有重要的城镇淹没问题，可以采用经验和泥沙动力学简化计算方法，初步估算库区的逐年淤积量和分布形态。具体方法见《泥沙手册》（中国水利学会泥沙专业委员会_1989），其他较好的参考书:《水库泥沙》（水利电力出版社 1979)、《水库淤积》（科学出版社_韩其为_2003）等。其中以《泥沙手册》最为全面。

不幸的是，简化计算方法常常不能解决所有问题，需要更为精确的方法计算水库泥沙问题。现在常用的就是一维水力输沙计算方法，该方法主要采用以下几个方程：

水流连续方程
泥沙连续方程（有的叫河床变形方程）
含沙水流的运动方程
泥沙挟沙能力方程
含沙量非平衡输沙方程
其他一些辅助方程

采用手工计算一维水力输沙，显然是不可能的，《水电水利工程泥沙设计规范》编制说明中，列出了很多国内开发的程序，可惜都无缘一见*-*confuse 。只好在网上搜索一些。

二、一些程序简介：

1、Hec-6

HEC-6为美国陆军兵团所发展的拟似一维恒定流动床程序，可应用于河川及水库的输砂演算，并可初步模拟水库中粘性沉滓的冲淤行为。水力计算部分与Hec-Ras基本相同，有11种泥沙挟沙能力方程可供选择，采用非平衡输沙方程。在PC-Dos下运行。
下载地址：http://www.hec.usace.army.mil/so ... tware/hec6/hec6.htm

2、GSTARS

GSTARS程序由美籍华人，著名泥沙专家杨志达开发。程序发展分为两个阶段，首先引入流管的概念，发展出一个冲淤程序，这程序很成功地仿真了密西西比河段的局部冲淤情形，但无法反映横向的冲淤变化，在第二阶段里针对可变河宽，引入最小能量消耗率(minimum rate of energy dissipation)原理，使其能推估河宽的变化。

程序中，由于能量和动量方程式两者一并使用，所以可计算缓流和急流交替的情况，即可处理水跃的情形及其它复杂流况的水面线。同时程序引用流管观念使水理计算为拟似二维的程序。在每条流管中水理参数计算出后，再经输砂演算，可决定每条流管中，河床的冲刷或淤积的变动，在靠近河岸的两个流管可做横向及垂直向两种变化，其余的流管则仅能做垂直向变化。另外，当只使用一个流管时，程序就成了一维程序，如不做输砂演算，则成了定床水理演算程序，当程序中不使用最小总河川功率的子程序时，则变成了固定河宽的程序。

程序所引进流管的概念和作法，是在每一个计算时间上将河流按等分流量的方法，分成数个流管，每条流管有各自的流速、通水面积、输砂量，同时可做垂直或或横方两向的冲淤计算，在下一个计算时间时，流管的边界会重新定义，如此即可充分反映横断面方向水理及输砂砂的特性，所以是一个介于一维和二维间的拟似二维程序。

本程序提供多种泥沙挟沙能力方程可供选择，采用非平衡输沙方程，可计算悬移质、推移质和冲泻质。在PC-Dos下运行。下载地址：
http://www.usbr.gov/pmts/sediment/model/gstars/

3、FLUVIAL-12

此程序系1976年美国加州大学圣地亚哥分校之美籍华人张海燕教授所发展而成，其后历经多次修改，使程序更为完善。本程序为一维非恒定流动床程序，适用于冲积河川及间歇性河川，并可模拟弯曲河川的输砂现象。

FLUVIAL-12采用标准步推法来模拟一维非恒定流之动床输砂现象。其仿真之河川渠道可为规则与不规则；另外，此程序能够仿真直渠道及弯道之河床演变，但本程序只适用于缓流，不能处理急流。

本程序提供6种泥沙挟沙能力方程可供选择，在PC-Dos下运行。下载地址：http://chang.sdsu.edu/fluvial.html ，学习版，不能用于工程。

4、CCHE1D

此程序系密西西比大学国家水力计算中心开发，为一维非恒定流动床程序,只适用于缓流,提供4种泥沙挟沙能力方程,采用非平衡输沙方程。

CCHE1D在ArcView下运行，但在ArcView下只能建立河系，河道横断面和其他数据输入，仍采用文本方式。CCHE1D还整合了流域分析功能,能根据降雨径流计算泥沙问题。下载地址:http://www.ncche.olemiss.edu/cche1d/betatest1d.html，现为测试版，根据文档说明，不推荐用来解决工程问题。同时还开发了二维输沙软件CCHE2D。

三 其他

这些软件与国内最大的不同，就是悬移质挟沙能力方程，都没有采用武汉水利电力学院公式，关于泥沙级配的处理与韩其为方法也不太相同。另外一个不同就是可以免费使用。

GSTARS开发人杨志达有一本中译本专著《泥沙输送理论与实践 》（中国水利水电出版社，2000），可惜没有买到。FLUVIAL-12开发人张海燕有一本中译本专著《河流演变工程学》（科学出版社,1990），有电子版。《泥沙手册》是我国泥沙研究集大成的一本书，很有参考价值，有电子版。我国著名泥沙专家杨国录教授编著的《河流数学模型》，对泥沙的一维模型讲解的很透彻，填补了我国的空白。他编制的SUSBED一维泥沙传输程序，听说精度很高。韩其为院士的《水库泥沙》，对水库淤积的估算很有帮助，好像书店还有得卖。

最后说明，泥沙的传输问题非常复杂，如果工程没有详细的水文泥沙原始资料，对河流泥沙动力学没有较深入的了解，对程序的原理没有搞清，不要轻易使用这些程序，还不如用简化方法计算，可以从宏观上估算泥沙问题。

lgh4073

有增长了一些知识，可惜目前在设计中，对于泥沙问题似乎并不重视，都是采用简化方法一算了之！

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