河道床面形态分形量化方法比较研究

河道床面形态是河流动力学及河床演变学的基本问题,它与冲积河流的流动结构、水流阻力及泥沙输运等方面有密切联系.河道床面形态是水流、泥沙相互作用的结果,其平面或空间结构具有不规则性,而微观粗糙结构具有自相似性,因此,可采用分形几何学中的分形维数来进行量化,这更能反映粗糙结构的内禀特性.目前粗糙表面分形维数的计算方法有投影覆盖法及其改进方法、立方体覆盖法及其改进方法、小岛法、分形交集公式法以及分数布朗表面的统计性质法等,分析了确定河道床面形态分形维数的可行方法,讨论了不同方法的计算精度,提出改进立方体覆盖法更适于计算各向异性粗糙床面的分形维数,为从微观角度开展河床演变、水流阻力及航道治理等问题的分形研究奠定了基础.

河道床面形态对断面法计算冲淤量误差的影响

当采用不同断面间距时,计算得到的宜昌—枝城河段2002年10月至2008年10月冲淤量存在较大差异。针对这种差异,采用分形维数对河道床面形态进行量化,对比断面分维数、深泓纵剖面分维数和床面分维数与冲淤量相对误差的相关性,探讨了河道地形起伏程度对冲淤量计算结果的影响。研究表明:冲淤量相对误差与河型无明显相关性,误差的根源在于河道床面起伏程度不同。床面分形维数比断面分维数和深泓纵剖面分维数更能反映出河道地形起伏程度,其与冲淤量相对误差的相关性较好。床面分形维数大的河段,用不同断面间距得到的差异较大,而分形维数较小的河段,差异较小。