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。     

一、二维耦合模型在梯级水电站大坝溃坝分析中的应用

合理论证溃坝洪水灾害影响对大坝风险评价和应急管理具有重要意义。针对梯级水电站大坝连溃风险,建立一、二维耦合模型,对溃坝洪水演进规律及大坝下游平原洪泛区淹没影响开展分析。以W江梯级水电站为例,考虑汛期与非汛期水库不同运行情况下两种工况的溃坝影响,从典型断面洪峰流量、最高水位以及峰现时间等角度分析溃坝洪水演进规律。在此基础上,以洪泛区最大淹没水深为代表性指标,对溃坝洪水风险等级进行了划分,并绘制洪水风险图,工况1、工况2高风险区面积分别达到431.31 km²和575.76 km²,表明溃坝洪水对下游地区影响严重。相关成果可为应急预案制定和防灾减灾提供重要参考。     

一、二维水动力模型在码头方案优选中的应用

为研究不同建设方案下的码头造成的防洪影响,并比较方案的优劣,以深圳东宝河口的拟建码头为研究对象,联合平面一维和二维水动力模型进行两种不同方案建设前后的模拟计算,并分析评价工程建设对水位壅高、水流形态、流速流向等的影响,经比选确定最优方案。计算结果表明项目建设后水位壅高程度较低,而码头内部流速减少较大,对整个河道影响甚微,项目建设对河道影响较小,可为码头建设提供防洪分析及方案比较提供参考。     

二维潮流数学模型在潮汐河口圈围工程大型龙口合龙过程中的应用

以横沙东滩促淤圈围六期工程为例,利用二维潮流数学模型,结合初拟的龙口合龙施工的具体收缩步骤,分析了合龙期龙口处典型的水力特性,并计算出各收缩步骤中水力充填合龙的最佳作业时段和可作业时段,为施工单位具体安排施工强度、配套设备等提供了重要支撑,最终完成了国内罕见的单纯采用水力充填方式合龙大型龙口的高难度施工,为类似条件的大型圈围工程提供了参考.     

人工粘性、动边界及其在河口二维水流计算中的应用

本文就附加人工粘性以增强计算格式的稳定性和引用动边界以适应平面边界随潮位的变化这两个问题进行了分析。综合前人研究的基础上,建成了几种平面二维人工粘性项的结构形式,介绍了动边界的两种处理方式。分析了利用人工粘性抑制由于动边界的引用造成的局部不稳定的问题。通过对某电站升船机下游引航道非恒定的计算和长江口南支潮流场的计算试用,结果是令人满意的。     

热污染的一、二维耦合模型及其应用

滨海、河口二个火电站并存时，其冷却水所释放的热量常造成周围水体的温度上升并相互干扰、叠加。它们之间的水体、温度相互流动、渗混，交接点上的水位、流速及温升同时满足一、二维方程，为此必须进行耦合解。本文提供了一、二维任意交角普遍性的耦合解法，并应用北仑、镇沦二个火电站之间的热污染计算为实例，求得了它们相互影响的定量值。     

差分模型网格嵌套边界技术在工程潮流计算中的应用

本文对差分模型的网格嵌套技术作了介绍，提出流速梯度项ｕ／ｓ是不可忽视的边界控制条件，并给出了采用线性插值获取ｕ／ｓ值的处理方法，通过实际算例证明网格嵌套技术在实际工程潮流计算中的作用。     

差分模型网格嵌套边界技术在工程潮流计算中的应用

本文对差分模型的网格嵌套技术作了介绍，提出流速梯度项εｕ／εｓ是不可忽视的边界控制条件，并给出了采用线性插值获取εｕ／εｓ值的处理方法，通过实际算例证明网格嵌套技术在实际工程潮流计算中的作用。     

二维三维渗流计算在工程中的联合应用

建立二维或三维模型进行渗流计算是目前用来研究岩土工程中渗流问题常见的两种方法。以某工程围堰作为研究对象,分别采用上述两种方法对土石围堰的渗漏进行了计算分析。通过对围堰渗流量、渗流流速、渗透坡降、浸润面等表征渗漏的特征值进行对比,结果发现,二者存在一定的相合性和互补性,指出只有将二维模型和三维模型的计算结果结合起来,才能更好地反映工程实际。     

HEC-RAS模型在二维溃坝洪水研究中的应用

为准确模拟大坝失事后溃坝洪水的下游演进,运用HEC-RAS二维水动力学模型,修正面板坝溃口发展曲线,设计两种闸门开度的小井沟面板坝漫顶溃坝工况,模拟水库泄洪影响下溃坝洪水的下游演进并生成相应的洪水风险图、最大流速分布图、滞留时间图。研究结果展现了溃坝洪水在中下游平原丘陵地区的泛滥情况、洪水风险的分布差异以及水库泄洪对溃坝洪水的影响。分析得出不同闸门开度下溃坝洪水在中下游平原丘陵地区的淹没水深和范围差异明显,最大流速和洪水滞留时间区别不大, 说明水库全力泄洪能有效降低溃坝洪水对下游人员聚居的平原地区的危害。研究成果对后续的人员疏散和损失估计具有重要参考意义。     

尾闾段河网一维水流数学模型应用研究

尾闾段河网常常是连接上下游的水上通航要道,且上游洪水需要通过尾闾段河网下泄,这就使得尾闾段河网水流运动的研究成为非常重要和十分必要的课题之一.在对尾闾段河网水流的运动特点及一维河网计算的研究现状评述的基础上,选用自编程序“河网水动力模型”和商用软件HEC-RAS分别建立一维河网水流模型,应用于赣江尾闾段,针对洪水流量、中水流量和枯水流量分别计算沿程水位.在洪水流量下,根据计算所得的水面线,找出各主要站点的水位作为警戒水位,当该站点水位有接近警戒水位的趋势时,提请有关部门应做好防洪工作.在中水期,主要考虑造床流量的影响.在枯水期,根据计算得出的水位,得到各主要站点的最低通航水位,为枯水期能否顺利通航提供依据.     

二维水沙数学模型在复杂河道治理中的应用

本文结合北江下游具体河段，针对河段弯曲及河道分汊的特性，考虑岸滩崩塌展宽进行边界处理，建立了二维平原型弯曲河道水沙数学模型，正确地计算模拟了河段中大江心洲和丁坝的绕流阻水现象，准确地处理了滩地漫水、鱼塘及挖沙坑蓄水及其对河道演化趋势的影响，为河道的科学治理提供了依据。在计算方法上，本文采用了二维有限元的方法，可进行网格自动剖分和局部加密计算模拟。     

一、二维耦合数学模型在水利枢纽通航水流条件研究中的应用

针对目前数值模拟中水利枢纽控制结构物的调度运行与其上下游平面流场难以同时兼顾的研究现状,采用一、二维耦合数学模型成功模拟了大治河西水利枢纽3种调度运行工况下的平面流场,分析了通航水流条件,为大治河新建二线船闸平面布置的合理性分析提供依据,也为相关研究提供参考。     

二维泥沙数学模型在松花江五股流航道整治中的应用

运用松花江依兰－佳木斯河段水沙实测资料对二维泥沙数学模型验证的基础上，进行了多分汊浅滩河段－－五股流航道整治方案的比较，提出整疏结合的整治措施，并能达到预期的整治要求。     

非恒定一、二维耦合水质数值模拟技术研究

真实环境中的湖区和周边河网通常是相互联系的,水中污染物会随水流在湖区和河道间发生迁移;为了更客观地模拟预测这类区域中的水质变化规律,从一、二维耦合区内公共单元的水质浓度应满足相容条件出发,对一、二维连接区利用重叠投影法,建立了基于美国国家环保局WASP5模型的污染物迁移扩散机理以及有限体积法的一、二维耦合水质模型,并应用于苏北洪泽湖水系水质模拟,模拟成果验证了该耦合水质模型具有较高的可靠性与实用性的特点。     

一维河网嵌套二维洪水演进数学模型应用研究

建立了一维河网嵌套平面二维洪水演进数学模型,并以长江干流螺山－汉口河段和汉江支流东荆河水系作为应用对象,对该地区分蓄洪区调度方案进行模拟。对东荆河分洪民垸、杜家台分蓄洪区等实施分洪后汉江、长江干流洪水位变化和各分洪区进洪后洪水演进、淹没过程进行了初步模拟。结果表明,分洪对降低距分洪闸较近的分洪口门河道水位最为明显,对下游水位也有较明显的降低效果,但对上游水位影响较小,同时也表明模型构建合理、运用方便、稳定性好,符合实际物理过程,具备推广应用价值。     

数学模型在水质预测中的应用

拟建石佛寺水库位于辽河干流，属大型水利工程。在水库及下游河道水质主要污染物预测中，首次采用一维多点源稀释自净数学模型和完全混合式数学模型，定性、定量地模拟预测水库建成后水质变化规律。本数学模型适合辽河水系特点，较以往的数学模型更为合理和适用     

非恒定水流的一维、二维耦合数值模型

从数值波在每一时间步长内传播的距离不超过Courant数个网格点的基础出发，采用时间滞后条件，构造了虚拟的重叠计算水域。利用重叠－投影法，在连接（点）处建立一、二维耦合模型，实现了由一维计算水域向二维计算水域的准确过渡。采用一、二维耦合模型和全一维模型对上海市淀南片河网的验证计算表明，一、二维耦合模型能较好地模拟非恒定水流，且具有一定的可靠性和实用性。     

含内源污染平面二维水流-水质耦合模型

本文从紊动扩散理论出发根据浅水湖泊紊流扰动特性,推导出包含底泥污染的水质控制方程,并与浅水方程耦合,建立相应的平面二维水流-水质-底泥污染的数值模型。模型在有限体积法框架下应用黎曼近似解求得耦合方程的数值解。并以玄武湖为例进行模型验证。结果表明,数值解与实测值较吻合,证明预测结果可信。     

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。