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。     

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。     

基于汊口分类处理的平原河网水质模拟方法

在目前常用的平原河网水质模拟三级解法中,对所有汊口出口断面浓度均采用均匀混合假设,然而汊口处不同的水动力条件和来流水质使得均匀混合假设未必适用于所有的汊口。为修正传统方法中的这一理论不足,该文提出对不同类型的汊口进行分类,并基于不同的处理建立平原河网水质模型。较之传统的三级解法,该方法直接求解断面浓度,无需求解汊口处的浓度,可有效简化求解过程并提高精度。将模型应用于江苏昆山某河网,求解非恒定流条件下各断面的COD浓度。结果表明:在未采用均匀混合假设的汊口,出流断面浓度与传统模型的结果差异明显;该模型计算结果与实测值吻合较好,可应用于平原河网水质模拟。     

一维河网非恒定流数值计算研究及其应用

一维河网非恒定流数值计算是水利和航运部门一项重要的工作,在河道工程设计、防洪工程规划等方面均有重要的实际应用价值。目前提出的方程解法有基于双向扫描法的河网水模拟方法、稳定方程组稀疏矩阵解法以及河网模型三级联合解法等,在上述各种方法中三级联合解法最为流行和成熟。将此计算方法用于城市河网的数值计算,对城市的防洪建设以及闸、堰的调度具有积极的指导作用。     

基于JPWSPC水动力模型的优化引水量计算分析

为提高水系河网水动力模拟的稳定性和计算效率,采用了汊点水位预测校正法(JPWSPC)处理缓流河网汊点和结构物连接处的回水效应,综合工程因素,建立了工程实例的河网一维水动力模型,计算分析了不同引水(分水)方案下河道水位过程和水力停留时间的变化。结果表明:在蓄水建筑物调蓄条件下,不同引水流量对河道水面面积和景观效果区别不大,河道的水力停留时间则与过流流量密切相关。通过优化调整引水量及河道分流比的模拟计算,为保证水资源高效利用、降低引水经济成本提供技术依据。     

珠江三角洲地区河网水动力学

对珠江三角洲河网区河道进行了概化,利用一维非恒定流基本方程组、河网节点连结方程及边点方程建立了珠江三角洲河网区水动力学模型;将参加计算的方程分成微段、河段、汊点三级,采用逐级处理再联合运算的方法(即所谓的三级联解法)[1],求得河网中各计算断面的水位、流量等值;利用丰、平、枯三期的实测资料对模型参数进行了率定.率定后的模型计算值和实测值吻合较好.     

基于卡尔曼滤波的大型河网水动力模型实时交替校正方法

本文在单河道卡尔曼滤波实时交替校正研究成果的基础上,将河网分解成流量边界型、水位边界型、内河道型及节点型4类基本单元,并按基本单元类型将单河道交替实时校正模式扩展到河网水动力模型中,实现了河网水流与状态变量实时校正的联动计算。与河网信息资料类型及其系列长短各异的特点相匹配,模型中变量校正模式选择灵活,对每一校正模式依据基本单元类型自动切换到相应的处理模块,程序为每一校正时刻、每一校正模块动态地创建相应维数的卡尔曼滤波器。太湖流域平原河网实效分析表明,基于环状河网的求解机制,水位校正量通过节点逐渐扩散到局部河网,实现了对河网系统的校正,并着重分析了水位校正对局部河网水量不平衡、水流运动状态的影响,证明了在平原河网洪水预报中实施变量交替滤波校正的可行性。     

基于汉口分类处理的平原河网水质模拟方法

在目前常用的平原河网水质模拟三级解法中,对所有汉口出口断面浓度均采用均匀混合假设,然而汉口处不同的水动力条件和来流水质使得均匀混合假设未必适用于所有的汉口.为修正传统方法中的这一理论不足,该文提出对不同类型的汉口进行分类,并基于不同的处理建立平原河网水质模型.较之传统的三级解法,该方法直接求解断面浓度,无需求解汉口处的浓度,可有效简化求解过程并提高精度.将模型应用于江苏昆山某河网,求解非恒定流条件下各断面的COD浓度.结果表明:在未采用均匀混合假设的汉口,出流断面浓度与传统模型的结果差异明显;该模型计算结果与实测值吻合较好,可应用于平原河网水质模拟.     

珠江三角洲地区河网水动力学模型研究

对珠江三角洲河网区河道进行了概化，利用一维非恒定流基本方程组，河网节点连结方程及边点方程建立了珠江三角液河网区水动力学模型，将参加计算的方程分成微段，河段，汊点三级，采用逐级处理再联合运算的方法（即所谓的三级联解法），求得河网中各计算断面的水位，流量等值，利用丰，平，枯，三期的实测资料对模型参数进行了率定，率定后的模型计算值和实测值吻合较好。     

基于汊点水位预测校正的闸控河网水动力模拟

为弥补汊点水位预测校正法在含闸(泵)河段水力要素模拟中的不足,针对平原河网常见的平底水闸,提出利用闸门水流连续条件,联立闸门过流方程与河道追赶方程以求解含闸河段各水力要素的计算方法,并具体给出堰流、孔流等不同流态的判别方式及其处理方法。通过将联立方程组转化为关于闸上下游水力要素的一元函数方程,推导得到适用牛顿迭代法的不同流态函数系数公式,相关方法可与汊点水位预测校正法求解耦合。经浙江省温黄平原河网实例验证,该方法对内河闸站、排海口门闸站等多类型、复杂调度闸站均可适用,计算水位过程与实测过程拟合良好,并显示具有较高的计算效率和稳定性,可为平原闸站规划、闸群联合优化调度等研究奠定基础。     

WASP5水质模型在平原河网区的应用

以平原河网区水环境为研究对象,选择了WASP5系统作为平原河网水质模拟的基本工具,针对WASP5系统自带的DYNHYD5水动力模型功能的局限性,以及平原河网水力调控系统复杂的特征,选择了具有产汇流模拟、闸坝控制模拟及河网水流模拟等功能的三级联解平原河网水动力模型。通过利用C++语言编程,实现了三级联解平原河网水动力模型与WASP5水质模型的耦合,使之可以应用于平原河网水环境的模拟。并把研究成果运用到实际引调水工程中去,模拟引调水工程中不同实施方案下的环境效益,为引调水工程实施方案的确定提供了理论依据。     

太湖流域平原河网分流比影响因素

以太湖流域典型分汊河道为例,构建河道二维水动力模型,研究平原河网分流比主要影响因素及其作用机理,并运用岭回归建立了平原河网分流比预测方程。结果表明:平原河网分流比与糙率、支汊过水宽度比、水位差呈正相关关系,与干流流量呈负相关关系,与分汊角度关系复杂;干流流量和支汊过水宽度比是影响分流比的主要因素;构建的多因素平原河网分流比综合预测方程可用于预测平原河网分汊河道分流比。     

基于DGA的BP神经网络及其在一维河网模拟中的应用

考虑到BP神经网络的计算精度和稳定性依赖于初始权、阈值,首先对标准遗传算法进行改进,然后用改进的遗传算法优化BP神经网络的初始权、阈值。将遗传算法和神经网络结合起来建立河网BP模型,把实测资料或者水动力数学模型的计算结果作为学习样本对模型进行训练。将河网BP模型运用于西江三角洲河网,发现该模型与水动力模型的计算结果吻合较好,表明优化后的BP网络用于河网水力模拟是可行的。     

韩江三角洲河网航道整治水动力数学模型

对韩江三角洲河网区河道进行概化,采用Preissmann有限差分格式和松弛迭代法建立韩江三角洲河网水动力数学模型,并利用2005年的实测水文资料对韩江三角洲河网的水面线、分流比进行验证,最后对2个整治工程方案的整治效果进行模拟计算和方案比选。结果表明:水位计算值与实测值误差一般小于0.05m;分流比计算值与实测值误差小于1%;在整治流量条件下,各河道水位变化很小,分流比增加值最大为2.35%;在洪水条件下,水位壅高值最大为0.07 m,分流比增加值最大为2.06%。     

珠江河口水动力一维、二维联解的有限元计算方法

该文应用有限元联解方法计算珠江河网与河口的整个水动力。仿照四点隐式差分法在每个一维单元内部形成独立的单元方程组,改进RMA有限元软件包实现河网一维数值模拟。借鉴弹性力学年中通过固结杆件与块体的连接结点实现两构件组合计算的思路,设计了珠江河网一维、河口二维水动力联解的有限元法,通过单元矩阵的构建、合并与叠加,形成整体方程组,实现整体求解的连接模式,有效地解决了不同形态流场的模拟问题。应用研究表明:该方法合理,计算结果较理想。     

平原河网地区水资源配置仿真模拟模型研究

从平原河网地区水资源配置要求出发,建立以平原产汇流模型、水资源配置模型和河网水流动力模型组成的平原河网地区水资源配置仿真模拟模型,以时甚至分为计算时段,达到仿真模拟平原产汇流、供排水、水体在河网中流动及各种水利工程的调度运行的目的。     

RESEARCH ON HYDRODYNAMIC AND WATER QUALITY MODEL FOR TIDAL RIVER NETWORKS

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰｌａｉｎｒｉｖｅｒｎｅｔｗｏｒｋａｒｅａｉｓａｌｗａｙｓｔｈｅｒｅｇｉｏｎｗｉｔｈｌｏｗｅｒｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ,ｈｉｇｈｄｅｖｅｌｏｐｅｄｃｉｔｉｅｓａｎｄｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ,ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｏｍａｎｙｌａｋｅｓ,ｒｉｖｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓ.Ｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆａｒｅａｉｓｓｔｒｏｎｇｌｙｉｎｆｌｕ ｅｎｃｅｄｂｙｔｉｄａｌ,ａｎｄｆｌｏｏｄｏｃｃｕｒｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ .Ｈｙｄｒｏｄｙ ｎａｍｉｃｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌ…     

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。     

水动力模型在平原感潮河网地区的研究与应用

根据平原感潮河网的水力特性，研究复杂河网非恒定流计算问题，利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算，并利用2005年“麦莎”台风实测水文资料对模型做了检验。验证结果表明，建立的水动力数学模型是可行的，可以用于平原感潮河网地区的水力计算。