基于WENO格式的天然河道丁坝群二维水流数值模拟

本文应用高精度WENO(Weighted Essentially Non-oscillatory Schemes)格式结合有限体积法建立了河道丁坝群二维水流的数学模型。采用此模型对实际天然河道丁坝群水流水力特性进行了数值模拟,得到了流速场的分布,并与物理模型试验结果进行比较,表明这类格式精度高,稳定性能好,能够有效地计算复杂边界天然河道丁坝群二维水流水力特性问题。     

河道温度及浓度场的平面二维数值模拟

 立了河道水流、温度及浓度输运的水深平均平面二维数值模拟模型，由模拟水流、温度及浓度和紊流3个子模型组成。该模型在计算定解条件 模型参系数取值、河道岸边界和动边界模拟以及水流自动调整计算思想等方面进行了适用可行的处理。应用该模型进行了试验室空腔水槽温度和含沙量场以及长江口南支河段温排水及盐水入侵的数值模拟计算，证明了模型的可行性和适用性。     

复杂边界河道流速场的数值模拟

本文采用正交曲线拟合坐标来克服天然河道复杂几何边界给有限差分法带来的困难，采用物理分步法求解水流的控制方程，应用“运边界”技术追踪在非恒定流时，因水位变化引起的计算区域的变化。建立了天然河道非恒定流的计算模式，成功地模拟了具有复杂边界二维河道的流速场。     

分型算法在二维非恒定流的数值模拟中的应用

采用分型算法求解水流运动的二维浅水方程 ,采用“动边界”技术追踪在非恒定流时因水位的变化而引起的计算区域边界的变化 ,建立了天然河道非恒定流的数学模式。通过实例计算说明 ,本模型对河口、湖泊等一类宽阔水域流场的计算非常有效 ,能够满足实际工程的需要。     

施工期三峡工程河段流场数值模拟

三峡大坝施工过程中，土石围堰及其它水工建筑物将改变原有河道水流结构分布，水动力条件的改变是工程较为关注的问题之一。本文通过曲线网格拟合天然河道边界建立二维数值计算模型，模型经实测资料验证后预测了施工期在典型流量条件下流场的改变，为工程有关实际问题的决策提供了依据。     

拟合曲线坐标下弯曲河段水流三维数学模型

在采用拟合曲线网络系统模拟天然河道边界基础上，建立了符合弯道(含急弯河道)水流特性的贴体坐标系下三维数学模型，并针对弯曲河段可能引起的回流及环流，引入双方程κε紊流模型精细模拟，经长江某急弯河段的实例计算，取得较为理想的效果。     

平面二维河床变形的数值模拟

为了研究河道平面二维的河床变形问题，及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响，本文给出出非均匀沙的平面二维全沙动床数学模型方程组，并考虑了移质不和饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。在求解水流泥沙运动方程时，采用控制体和只法及动边界技术，对水流速度场、悬移质浓度场及河床变形进行了数值模拟。该模型采用正交曲线网格来克服天然河道边界形状复杂、长度尺度相差悬殊以及由于水位波动引起计算边变化等等困     

河道二维非恒定流场计算方法研究

本文提出了天然河道二维非恒定流速场计算的通用数学模型。该模型克服了天然河道边界形状复杂、长宽尺度相差悬殊以及由于水位波动引起计算边界变化等困难。本文指出了算子分裂法在实用上的局限性,它只适用流态空间变化不剧烈的情况。用本文提出的方法对长江口及苏州河口流场进行了计算,计算与实测吻合良好。     

天然连续弯道中水流运动的三维数值模拟

为了研究天然河道中水流运动规律和河床演变及泥沙冲淤,建立了适体坐标下修正的紊流水流数学模 型. 采用有限体积法离散控制方程,并运用SIMPLEC 算法计算了黄河沙坡头河段连续弯道的三维水流流场,通 过实测资料对计算结果进行了对比分析. 结果表明,模型计算值与实测值吻合较好,反映了天然连续弯道水流 的基本特性,即水面的水质点向凹岸运动, 而近底的水质点向凸岸运动. 说明该模型可以用于模拟天然连续弯 道的水流运动.     

天然河道淹没丁坝群水流计算平面二维流带模型

本文对天然河道淹没丁坝群水流二维计算进行了研究和探讨，提出了淹没丁坝群水计算平面二维流带模型，此模型基于绘制水流平面图的基本思想，将天然河道水流划分为一定数量的流带，在每条流内用差分法求解水流运动方程式和连续方程式，在运动方程式中首次考虑了淹没丁坝的局部水头损失，以根据淹没丁坝对水流的影响，同时为进行数值计算提出了一系列处理办法，此法经湘江下摄司河段和长江八卦洲河段的实测模型试验资料验证，计算值和     

二维水动力数值模型在天然河道弯道处水流横向水位差模拟计算中的应用

天然河道弯道处水流过程复杂。洪水风险研究中,一般先对河道建立一维水动力数值模型,再与岸上陆地二维水动力数值模型相耦合。由于山区河道弯道处的横向水位差较大,一维水动力模型无法反映两岸水位差,需对整个项目区建立整体二维水动力数值模型。该文以富屯溪顺昌县城区段天然河道为例,分析天然河道弯道水流特性,借助二维水动力数值模型模拟弯道水流,计算不同弯段、不同洪峰流量下的横向水位差,分析弯道横向水位差的影响因素。     

一维非恒定流模型与卡尔曼滤波耦合的实时交替校正方法研究

本文从一维圣维南方程离散线性化后的差分方程组出发，结合河道水流计算的边界条件，分别以水位、流量及糙率为状态向量建立3种卡尔曼滤波状态空间方程，研发出河道水流计算与变量交替实时校正的耦合模型。与天然河道实测资料类型及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，对每一种校正模式，依据边界条件的给定方式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。基于环状河网的求解机制，实时交替校正模式被嵌入扩展到环状河网水动力学模型中，初步实现了环状河网水流计算与实时校正的联解。实例检验效果证明了分离变量校正思想的可行性及所建模型的合理性。     

渐变河道水流结构及局部水头损失特性研究

河宽渐变是天然河道的普遍形态特征。运用声学多普勒流速仪（ADV）测量了渐变河道模型的水流结构。试验结果表明：渐变河道形态对水流结构影响明显,在渐缩段和渐扩段产生二次环流,前者影响效应大于后者,且方向相反。基于 SMS 水动力学模型对渐变河道水流特性进行了二维数值模拟,与实测值吻合较好,并计算分析了局部水头损失系数沿程的变化规律。     

三峡库区重庆段一维水流模型糙率修正分析

为寻求河道水流一维数值模拟计算中关键参数“糙率”的确定方法,采用MIKE11一维水动力模型模拟了三峡库区重庆段(寸滩至长寿)37个断面的水位流量变化。首先用经验的方法确定模拟计算的初步糙率;然后以天然河道上、下游某断面流量作为边界进行模拟计算;再将得到的各断面的模拟水位值代入各测量断面,得到此断面的过水面积、水力半径和流量模数;最后将通过规范公式计算的糙率代入一维水流模型中进行计算,从而得到修正的糙率。结果表明：该方法能够有效提高模拟的精度,减小糙率对模拟结果的影响,对我国其他大江大河的水流数值模拟研究具有重要的参考和应用价值。     

冲积河流河床稳定性综合指标

冲积河流河床稳定性指标在实践中是判断河流泥沙运动强度、沙丘运动引起的河床变形强度和划分河型的依据。河流动力学研究成果表明,河床纵向稳定性取决于河道纵向水流输沙能力,而纵向水流输沙能力与纵向水流参数成比例。类比于纵向稳定性与纵向水流参数的关系,认为横向稳定性与横向水流参数成比例,以及河床稳定性综合指标取决于纵向稳定性与横向稳定性的对比。经推导,得到了反映水流动力因素、河床几何尺寸和边界特征的河床稳定性综合指标一般表达式。根据天然河道和模型小河的河型资料,确定河床稳定性综合指标。该指标反映了河床综合稳定性且可以用来进行河型判别。     

一维非恒定流数学模型参数若干问题研究

一维非恒定流数学模型能较合理的模拟河道水流演进,广泛应用于洪水及水污染预警预报.采用Preissmann隐式差分格式构建模型,通过在虚拟概化河道的计算,对W形河道断面概化及模型主要参数进行分析,提出天然河道W形断面概化处理方法,得到主要参数与计算结果的相关关系,为模型参数率定及取值合理性分析提供参考依据.     

圆柱形植物斑块水动力特性的大涡模拟研究

为阐明天然河道典型植物群落的水动力特性,该文使用基于浸没边界法的大涡模拟技术,构建了以半透性圆柱斑块为植物群落的水动力数学模型,开展了不同的植株密度下三维水流数值模拟研究,并根据水槽实验数据对该数值模型的可靠性进行了验证.研究结果表明:流经半透性植物斑块的水流可分为两侧绕流及贯穿流动,且斑块的阻流效应与其植株密度呈现正...     

重庆创宇化危品码头通航二维水流数值模拟

为了克服计算域边界起伏变化较大的问题,利用贴体正交曲线坐标系建立二维水流数值模型,模拟重庆创宇化危品码头河段通航水流条件,运用苟家沱至五步政河段的水面线、流场的流向及流速分布等实测资料进行验证,计算结果表明,二维水流数学模型的建立和数值计算方法合理,能较好的模拟实际河道的水流特性.     

三角网格剖分方法及其在河道水流模拟中的应用

结合波前推进法的思想和Delaunay三角形剖分方法的优点,提出一种适用于平面二维河道水流模拟的网格自动剖分方法.该方法考虑到河道水流模拟计算中的迎风特性,仅以水沙的入口断面为网格扩展的前沿,河道的边界和出口断面为约束控制线,根据需要,可在河道的任意局部地方自动加密,快速地给出数值模拟计算需要的网格数据.最后将生成的网格应用于水流模拟计算中,计算结果能反映水流变化的实际情况.     

漫滩河道洪水演算的水动力学模型

利用积分方法导得了漫滩河道全断面水流的积分方程组，应用四点加权隐格式离散方程，建立了漫滩河道洪水演算的一维水动力学模型．该模型考虑了各流道（如滩地、主河槽等）的不同阻力特征，反映了主槽和滩地水流流动路径的差异．用该模型计算了露滩、漫滩和露、漫滩交替的3种水流运动，并与二维RBFVM-2D模型的计算结果进行了比较．以长江宜昌～螺山江段1998年实际洪水过程为例，测试了模型的应用效果．计算结果均表明，本文的一维水动力学模型能较好地模拟漫滩河道的过流特征，并改善了漫滩河道洪水演进的模拟与预测能力．