一维河网非恒定水沙数学模型研究

在已有研究的基础上,建立了适合复杂区域的河网非恒定流水沙数学模型.建立过程中考虑到计算精度和计算速度的要求,水流求解采用汊点分组方法,同时本模型选用了较符合河网泥沙运动的汊点分沙模式.最后通过长江中下游长河段的水沙运动模拟表明,建立的河网水沙数学模型能够满足实际工程需要.     

三峡库区非恒定一维水沙数值模拟

该文考虑水沙输移过程中的非恒定性,建立了三峡库区非恒定一维水沙数学模型。模型中采用张红武提出的不平衡输沙理论以及选用符合三峡库区河道水沙特点的悬移质挟沙力公式和推移质输沙率公式,对现有三峡水库泥沙模型进行了改进.采用三级算法求解水流方程组,并选用了分沙比等于分流比的汊点分沙模式,与泥沙连续方程组进行非耦合求解.利用三峡水库蓄水后实测资料对所建模型进行验证,计算结果与实测资料符合良好,表明该模型能够模拟三峡库区干支流河道非恒定的水沙演进过程和河床冲淤变形规律。     

荆江-洞庭湖洪水演进模型和基本算法

针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂的特点,建立了一、二维联算洪水演进模型,其中河道与湖区采用一维河网模型,分蓄洪区水流采用二维模型模拟.在建模中,模型提出了实时预报模式、河网断流计算模式、河道与分蓄洪区水量交换模式.该模型可用于长江干流、洞庭湖区河网及湖泊、分蓄洪区的洪水演进和防洪调度的水流仿真.     

一二维耦合河网水沙模型研究

借鉴河网水流的三级解法,将二维河段概化为河网内部河段,通过河网节点流量和输沙量的平衡,建立一二维耦合河网水沙模型。模型采用全隐式方法建立二维河段以首末断面的水位和含沙量为中间变量的矩阵追赶关系,进而建立整个一二维河网的节点水位及含沙量的矩阵方程组。对方程组的求解,可实现一二维水沙模型的耦合求解。通过对长江下游大通至镇江概化河网的验证计算,表明模型具有很好的实用价值。     

平原感潮河网水动力模型研究

利用一维Saint—Venant方程组、河网汊点连续方程及边界条件建立了河网水动力学模型；采用Abbott六点隐式差分格式离散控制方程组；求解河网时，将河段方程自相消元，得到以汊点水位为基本未知量的汊点方程组；采用汊点优化编码来降低汊点方程组系数矩阵的带宽以提高计算精度和节省计算耗时。对上海市平原感潮河网进行了合理概化，利用1999年6月～9月的实测水文资料进行了率定，结果表明计算值同实测值吻合较好。     

洪涝仿真模型中河网洪水的计算研究

为在洪涝仿真模型中计算河网及工程调度下的洪水演进,并综合考虑河道洪水与地面洪水的相互影响,本文建立了一维圣维南方程和河网汊点水量平衡方程组,按照preissmann四点差分格式进行离散,采用泰勒级数近似的方法计算了河网中跨河闸门在关闭、自由出流和淹没出流三种状态下的过流能力,利用并修改了矩阵标识法求解方程组,研发了一维河网模拟模型;利用堰流公式建立一维河网模拟模型和二维洪涝仿真模型的连接,实现了一、二维模型的耦合。从文献中选择典型算例验证模型,模拟结果与文献相同。以长江、汉江和东荆河河网及杜家台和洪湖蓄洪区为工程实例,模拟的河网洪水与实测数据基本一致,河道与两个蓄洪区的水量交换合理,证明新建立的一维河网模拟模型具备了对河网洪水演进的模拟能力,与二维模型耦合的方法合理。     

基于有限体积法的河网水动力并行计算模型

针对具有干河床、急缓流态交替的河网水动力模拟,采用MUSCL-Hancock有限体积格式离散Saint-Venant方程组,运用汊点水位预测-校正法处理河网汊点连接条件,建立了断面与河道完全数值解耦的复杂河网水动力模型。运用OpenMP和OpenACC编程模式分别实现了CPU,GPU并行计算。采用经典算例对模型计算精度进行了验证,采用珠三角河网实际算例对不同并行计算方式的加速效果进行了分析。算例研究表明,该模型具有良好的稳定性和计算效率,可适用于陡坡河道水动力模拟,具有较好的推广应用价值。     

长江中游分汊型河道二维水沙数值模拟

针对长江分汊型河道边界复杂的特点,建立了基于多连通域贴体正交曲线坐标系下的二维水沙数学模型.模型采用有限差分法离散平面二维水流运动方程和泥沙输运方程,通过非恒定流多个时间步逼近模拟恒定流的方法,模拟了多分汊河段的水位、流速场及泥沙场.将所建模型初步应用于长江中游典型分汊河段--窑监河段的水沙过程模拟,结果表明模型能较好地模拟分汊河道的水沙运动规律.     

大型潮汐河网水质模型的求解方法及其应用

用有限体积法对描述河流污染物运动规律的对流扩散方程积分，提出了一种处理潮汐河网汉道水质模拟的新方法；同时针对潮汐河网水质离散方程的特点建立了一种水质模型分级求解程式，实际应用表明：综合利用本文提出的汊道模拟方法及模型分级求解对于大型潮汐河网水质模拟不仅可以提高其模拟精度，而且具有极快的求解速度。     

平原河网水动力模型及求解方法探讨

参考国内外有关资料 ,根据河网非恒定流水动力模型的控制方程组和汊点衔接条件 ,建立平原河网水动力节点 河道模型。介绍用特征线法 ,有限体积法和有限差分法中的直接解法、分级解法、汊点分组解法、矩阵标识法、非线性方法等求解的基本思路。对比单元划分模型、混合模型以及人工神经网络模型等平原河网水动力模型 ,分析各个模型的优缺点 ,结果表明 ,节点 河道模型原则上可以求解任何水网的水力参数 ,单元划分模型仅适用于河道流速时空变化不大的情况 ,人工神经网络模型的验证比较困难。指出改进和设计计算方法、应用向量运算和并行算法、数值模拟可视化、数值计算模型软件化是河网数值模拟的主要发展方向     

一维河网非恒定流及悬沙数学模型的节点控制方法

本文的一维河网非恒定流及悬沙数学模型，是根据以一维圣维南方程组，悬沙非平衡输运方程及水位、含沙量节点控制法而建立。首先，利用单一河流有限差分方程组转换形式和节点处质量、能量守恒性，写出所有节点的水位控制方程组。求解此不规则稀疏矩阵方程组得到得有节点的水位，再由单一河流非恒定流的求解方法可获得所有单一河流的断面水位和流量。基于水注的节点水位控制法，本文提出了节点悬沙控制法。假设节点处冲刷或淤积较小，所有节点的含沙量控制方程组可通过输沙量守恒方程用矩阵形式写出。求解此不规则稀疏矩阵方程组，得到所有节点处的含沙量。所有单一河流断面处的含沙量通过单一河流悬沙输运的求解方法获得。本文介绍的模型适用于各种河网类型。作为检验，该模型成功地应用于珠江三角洲流域河网水流及悬沙的数值计算。     

珠江三角洲河网悬沙数学模型分析

物理模型对于复杂多变的河网河道的水力因素变化不易描述,数学模型已成为研究其河道水力、泥沙问题的重要手段。在线性化的Pressmann四点隐式差分法基础上,应用汊点分组思想求解河网流场,采用节点悬沙控制方法对珠江三角洲河网悬沙进行了数值模拟,利用实测资料对模型进行率定与验证,并分析了珠江三角洲流域河网悬沙输移特征。结果表明,数值模拟结果真实、可靠,与实测资料基本吻合,从而再次证明珠江三角洲河网是以径流输沙为主的平原河网。建立悬沙节点控制方法进行河网悬沙的数值模拟,实现了泥沙方程组的分级解法,提高了计算效率与精度。     

漫滩洪水水沙输移的数学模型及其初步验证

本文初步提出了天然冲积河流滩槽泥沙交换的三种模式,分析了入滩含沙量与主槽含沙量的关系,以非均匀泥沙上扬模式为基础,建立了漫滩洪水的一维扩散方程。针对天然河流滩槽流线长度不同的情况,对以往的一维水流连续与运动方程进行了修正。以此为基础利用黄河下游实测资料进行了验证计算,结果表明,计算结果与实测符合较好。     

珠江河网与河口一、二维水沙嵌套数学模型研究

利用三级联合解法和“节点含沙量控制法”,建立了珠江三角洲河网区一维非恒定流水沙数学模型,伶仃洋平面二维水沙模型采用了正交曲线坐标下DSI和ADI法。通过虎门、蕉门、洪奇门、横门4个交接面的水位、流量和输沙量等物理量的相互传递,在每一迭代步内进行河网一维与伶仃洋二维水沙模型的嵌套计算。利用2001年2月枯季和2003年7月洪季实测的水文资料进行验证。结果表明,模型计算结果无论在珠江三角洲河网区、交接断面以及伶仃洋区均与实测资料吻合较好,该模型可用来模拟珠江三角洲河网和伶仃洋的水沙运动过程。     

三维泥沙数学模型的研究进展

对国内外近年来在三维水流泥沙数学模型的研究应用情况进行总结和评述，指出三维泥沙数学模型研究的必要性和重要性，对数学模型的基本方程、边界条件，泥沙扩散系数，泥沙沉降速度，数值计算方法等进行讨论，介绍模型的验证和应用情况，最后提出改进和完善三维泥沙数学模型研究、应用的途径。     

1-D coupled non-equilibrium sediment transport modeling for unsteady flows in the discontinuous Galerkin framework

A high-resolution,1-D numerical model has been developed in the discontinuous Galerkin framework to simulate 1-D flow behavior,sediment transport,and morphological evaluation under unsteady flow conditions.The flow and sediment concentration variables are computed based on the one-dimensional shallow water flow equations,while empirical equations are used for entrainment and deposition processes.The sediment transport model includes the bed load and suspended load components.New formulations for Harten-Lax-van Leer(HLL) and Harten-Lax-van Contact(HLLC) are presented for shallow water flow equations that include the bed load and suspended load fluxes.The computational results for the flow and morphological changes after two dam break events are compared with the physical model tests.Results show that the modified HLL and HLLC formulations are robust and can accurately predict morphological changes in highly unsteady flows.     

一般曲线坐标系平面二维水沙数学模型研究与应用

对笛卡尔坐标系下控制方程进行坐标变换,采用控制体积法与SIMPLE算法对方程进行离散和求解,建立了一般曲线坐标系平面二维全沙模型。模型控制方程离散时物理量布置采用同位网格,避免了采用交错网格时所需的大量插值计算,提高了计算效率。模型较全面地考虑了非均匀悬移质及推移质运动,具有较好的普遍适用性。通过长江沙市河段1996年至2001年实测水沙资料对模型进行了较系统的验证,计算结果表明模型能够较合理反映天然河道水沙运动及河床变形规律。     

COMPREHENSIVE STUDY OF COMBINING FLOW CONDITIONS AT PIPE JUNCTIONS

ＣＯＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥＳＴＵＤＹＯＦＣＯＭＢＩＮＩＮＧＦＬＯＷＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳＡＴＰＩＰＥＪＵＮＣＴＩＯＮＳ￥ＭａｏＺｅ－ｙｕ（ＨｙｄｒａｕｌｉｃｓＧｒｏｕｐ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔＯｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ...