基于GIS的地下水流数值模拟参数自动提取

本文根据地下水流数值模拟有关参数的空间分布特点,将其划分为点状、线状与面状空间分布参数三种类型.利用GIS的空间分析功能,研究基于GIS的点状、线状与面状空间分布参数自动提取的技术路线.通过点、线、面三者之间空间位置关系的拓扑分析,确定地下水开采井、水位动态监测井、线状与面状水系、模拟区域边界、面状参数分布区与模型空间离散网格之间的空间位置关系.经过矢量数据与栅格数据互相转换,实现地下水流数值模拟有关参数的自动提取.根据地下水流有限差分数值模拟有关参数数据文件的结构,将基于GIS提取的栅格结构数据文件自动转换成模型所需结构的数据文件,达到模型参数数据文件的自动组织与提高地下水流数值模拟效率的目的.     

汾河下游河道二维水流模拟

采用深度平均的二维水流模型,对汾河下游流速、水深进行了数值模拟,得到的水位、流量与实测资料基本一致,验证了该模型对河道进行二维数值模拟的可行性,然后利用该模型对河道水力参数进行了模拟计算,结果表明:不同时段的河道流速、水深等水力指标均能满足水生生物的生长要求。     

防冲槽的模型试验与二维数值模拟

为了研究山区河流中防冲槽的消能情况和适用性,本文首先对未抛填卵石的防冲槽进行模型试验和数值模拟.通过模型试验,针对典型流量分析9个断面的实测资料,得到水流的流态、水位和流速分布规律,将数值模拟结果与其进行对比.由于二维模型的简化,使得数值模拟的水位在进口连接段与试验相比误差偏大,但其他断面的水深及流速分布与实测值接近.因此,数学模型可以作为后期研究冲刷问题的基本模型,为工程研究提供参考.     

塔里木河干流河段河道整治工程冲刷数值模拟

文中以塔里木河为原型,通过建立物理模型和数值模型相结合的方法预测河流冲刷深度,物理模型研究表明,塔里木河南岸河道整治建筑物的最低河床水位可达海拔-60 m.沿用物理模型获得的相关参数,利用Telemac2D-Sisyphe(T2D)和River2D-MOR(R2D)对简化版南岸的侵蚀进行了数值研究.与T2D相比,R2D模型的冲刷深度模拟结果与物理模型更为一致.模型具有较强的适用性,能够很好地模拟河道冲刷的计算,可以为防汛抗旱工作提供数据支撑.     

大桥水库大坝逐渐溃决的数值模拟

根据逐渐溃坝模型原理和FLUENT软件的二次开发程序,建立两种逐渐溃坝模型,编制水库水位随溃坝洪水下泄而变化的UDF程序和溃口动态变化的UDF程序,对大桥水库大坝溃决过程和溃坝水流进行三维数值模拟,较准确地描述了大坝溃决的机理、溃口发展过程、坝址处洪水的水位和流量过程线,对比分析了线性模型和冲蚀模型的水位过程、流量过程、水面形态、流速分布等模拟结果。分析表明,三维逐渐溃坝模拟能形象而精确地展示溃口的水面形态和流速场分布。     

丁坝水流的水槽试验及数值模拟研究

该文进行了丁坝绕流水槽试验,采用测压管和激光多普勒测速仪(LDV)测量了正交绕流单丁坝附近的水位和流速,同时利用商用软件CFX,基于有限体积法,采用k-ε湍流模型,数值模拟了丁坝附近水流的三维流动过程,并将水槽试验结果与数值模拟结果进行了对比分析.实验结果表明,该模型能有效地模拟丁坝附近区域复杂的水流特征,可以在河道整治过程中为丁坝的设计提供基础数据.     

哈头才当水源地地下水位模拟与预测

采用MODFLOW软件对哈头才当水源地地下位进行数值模拟,经数值模型识别与验证,所取参数基本合理,水位拟合情况良好,模型能够真实地反映水源地地下水位的变化特征。在模型识别与验证的基础上,给出预测模型的初始条件、边界条件及其源汇项,对2009年10月—2029年10月地下水位进行了预测。结果表明:水源地按照设计开采方案开采,地下水位不会持续下降,计算区内大部分区域水位降深小于6 m,总体降深较小,不会对生态造成明显的影响。     

岩体水力劈裂数值模拟研究进展

水力劈裂是岩体渗流-应力耦合研究的重要方面,涉及水电工程建设、石油开采、矿井突水防治、核废料地下处置、地下污染物运移、地应力测量等众多领域.介绍了水力劈裂模拟的PKN模型和KGD模型.模拟岩体水力劈裂的数值方法可分为连续变形数值方法和非连续变形数值方法,对连续变形数值方法的有限单元法、边界元法,以及非连续变形数值方法的流形元法、无单元法进行了分析.提出应进一步加强对岩体水力劈裂数值模拟在非线性、数值方法耦合、参数化等方面的研究.     

奎河周边浅层地下水流及溶质运移数值模拟

根据典型地区地下水动态和溶质运移情况,结合水文地质条件和其他资料,建立了相应的水文地质概念模型。利用有限元数值模拟软件FEFLOW实现了对研究区地下水流系统和溶质运移的模拟。在水位过程线拟合、水位误差分析和溶质相关性分析的基础上,对地下水流系统和溶质运移模型进行了识别、校验,并利用所建立的数值模型预测了研究区地下水溶质运移演化情况。     

堤防决口水流水力学特性的三维数值模拟

堤防决口水流的水力学特性对于制定决口封堵方案至关重要。基于FLOW 3D建立了模拟堤防决口水流的三维数值模型,首先对局部瞬间溃决水流水位场分布进行了三维数值模拟,模拟计算结果与C. Biscarini等代表性文献介绍的研究结果吻合较好,印证了数值模型的可靠性和准确性。以某流域河流堤防为例,建立了不同决口口门形状（U形、V形、T1形和T2形）的决口水流三维数值模型,计算分析了4种口门形状下决口附近的水位场及流速场分布规律。结果表明:进入决口后水流发生急速的侧向收缩和纵向跌落,决口处水深和流速在垂直水流方向断面上呈两侧小中间大的近似拱形分布,决口进口附近水流最大流速出现在决口左侧堤脚。数值模型和模拟方法可为制定堤防决口的最佳堵口方案提供技术参考。     

参数随机模拟在地下水溶质运移数值模拟中的应用

从水文地质参数的随机性出发,以我国南方某大型铀尾矿库为例,采用GMS软件(地下水模拟系统)建立了参数随机模拟的数值模型,分析了渗透系数的空间变异性对地下水溶质运移的影响.结果表明:渗透系数的空间变异性对地下水溶质运移结果有较大的影响.在其它条件都相同的情况下,随着渗透系数标准差的增大,污染物运移的范围扩大,污染物浓度标准差等值线图变得越来越不规则,污染物质心位置偏离面源中心.     

三峡水库近坝区三维流场及温度场的数值模拟

基于三维不可压缩流动的N-S方程建立水流水温模型,模型在动量方程中考虑浮力作用并取消了静水压力假定,采用大涡模拟紊流模型计算紊动扩散,并考虑水面散热及其太阳辐射的影响因素,适合于对复杂流态及其有密度分层流动的数值模拟。应用所建立的数学模型对三峡近坝区从庙河至坝前水域的三维流场及温度场进行了数值模拟,计算出的水温分布与坝前观测的水温分布二者符合良好。模拟结果表明,三峡水库在蓄水至139 m水位时,垂向没有明显的水温分层,与实测结果相符。     

随机模拟在水源论证中的应用

对用水文比拟法求得的盘石、里店两水库的天然年径流量序列进行了随机过程分析,根据天然年径流量序列的相关结构特性,建立相应的随机水文序列模型,生成模拟序列,并对其作长系列可供水量调节计算,以与样本序列的成果作比较,来检验盘石、里店两水库设计枯水年时向核电厂供水的可靠性。     

潮流物质输运过程数值模拟中的误差传递、放大及修正

用二维潮流物质输运模型模拟河口流动的计算中，河道中会发生非物理的物质含量增高的现象。经分析发现，水流和物质输运子系统间，以ADI方法计算水流场而产生的可允许水位误差，造成物质输运模拟时水流量不严格守恒，导致物质输运计算误差积累放大。提出水位水量平衡修正模型，解决了子系统间计算模拟误差传递放大问题，避免了二维潮流物质输运模拟计算中非物理的物质含量增高现象发生。     

种植凤眼莲河道的水流三维数值模拟

采用VOF法对种植凤眼莲的河道的自由水面进行跟踪,将凤眼莲聚集带简化为多孔介质区域,在考虑惯性损失的情况下按不分区和分区2种方案分别对河道水流进行三维数值模拟。数值模拟结果与试验结果的对比表明:分区方案在模拟水位壅高、流速分布、紊动特性等方面均比不分区方案更符合实际情况;用分区多孔介质模型模拟凤眼莲河道水流是可行的。     

试验场地下水流的数值模拟

为研究某市建的试验场是否对周边地下水量造成影响,采用伽辽金有限单元法,建立试验场浅层地下水水流模型,使用Fortran语言对所建立模型进行编程,并对试验场地下水进行了数值模拟.本次计算共分为十二个阶段,每个阶段的时间步长为30 d.计算结果表明:在模型的识别阶段和验证阶段,所有观测孔水头的计算值与观测值,在各时段拟合相对误差率分别为66.28％和88.53％,所建模型基本可用于试验场地下水水流计算.周边地下水水位增加94.08 mm,试验工程建成后会对周边地区造成影响.     

地下水流数值模拟中随机因素的灵敏度分析

本文以待定系数摄动随机有限元法为基础，在以渗透系数、给水度、边界、源汇项为随机变量的条件下，建立了二维潜水非稳定流随机模型，编制了二维摄动随机有限元通用程序。通过对太原盆地地下水系统的随机模拟，分析了渗透系数、给水度、边界、开采量4个随机因子对水头模拟值的影响程度。结果表明，对水头期望值影响的灵敏度：渗透系数最大，其次为给水度和边界值，井开采量最小；对水头方差影响的灵敏度：给水度最大，其次为渗透系数和边界值，井开采量最小；对水头摄动量影响的灵敏度，两个随机参数中渗透系数较大，给水度较小。     

聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟

基于Fluent平台建立了可用于波浪传播模拟的数值计算水槽,利用不同波浪参数的线性规则波模拟分析了网格尺度L/Δx对产生波浪质量的影响,确定数值水槽的网格划分尺度,并验证了阻尼消波的有效性。在此基础上,用模拟频谱的方法对聚焦波浪的传播进行了数值模拟,通过数值模拟与物理试验不同位置处的聚焦波波面和聚焦点下水质点速度时间过程线对比,验证了模拟频谱方法数值计算的有效性。进一步对聚焦波浪与直立圆柱的作用进行了数值模拟,数值模拟聚焦波面过程、聚焦波浪水质点速度、圆柱周围波浪波动过程、圆柱上所受的波压力等,并与试验结果进行了对比,数值计算结果与试验结果吻合很好,验证了所建立的数值水槽的有效性。对聚焦波波面和压力特征值进行了误差分析,并分析了误差的产生原因,为进一步研究聚焦波浪与工程结构物的作用奠定基础。     

带差动挑坎的溢洪道流场三维数值模拟

采用RNGκ-ε紊流模型和VOF方法对某工程带差动型挑坎的溢洪道流场进行了三维数值模拟研究,详细描述了差动坎处的流速、压强等水力参数的分布规律,得出了高低坎挑射水舌的挑距、入水角。将部分结果与试验对比,符合良好,验证了数值模拟是准确可靠的,可作为模型试验的有益补充,为挑坎设计提供重要的参考依据。     

贮灰场排洪竖井排洪能力及流态 数值模拟计算

本文采用VOF方法来跟踪自由水面对大型贮灰场排洪竖井进行了数值模拟计算,利用物理模型试验数据验证了计算成果。计算研究了排洪竖井的排洪能力及主要工况流态。研究成果表明排洪能力数值模拟值和试验实测值十分吻合,数值模拟流态逼真。由此证明：数值模拟计算可以取代物理模型试验。