一种新的河道—维水流泥沙运动数值模拟方法

本文对悬移质挟沙力、床沙级配变化方程、泥沙运动差分方程组求解等问题进行了较深入的研究,提出了合理、有效的处理方法,建立了既可计算非均匀悬移质不饱和输沙,又可计算非均匀推移质输移的一维全沙模型.模型计算结果与实测资料吻合较好.将所建模型用于研究三峡工程变动回水区泥沙问题,取得了一定成果.     

小浪底水库泥沙水动力学数学模型研究及应用

从水沙基本方程着手，结合对有关问题的处理，建立了水库一维不平衡非均匀悬移质泥沙数学模型，并进行了潼关以下三门峡库区１９６０－１９９０年的模拟验证，以率定有关参数。在此基础上，进行了小浪底水库初期不同调度运用方式库区冲淤计算。     

引黄灌区非均匀沙运动数学模型研究

泥沙问题是制约引黄灌区可持续发展的重要因素，灌渠的规划设计阶段和日常的运行管理中都需要掌握渠道的泥沙冲淤情况。本文根据一维水流非均匀沙运动方程，结合灌区灌溉特点和测量资料情况作了概化处理，建立了适合于灌区的非均匀沙冲淤计算的数学模型。模型中考虑渠系沿程的分水分沙和冲淤交换，将断面流量按渠段划分并计算，悬移质泥沙按粒径分组计算，根据分组水流挟沙力和非均匀悬移质不平衡输沙公式计算泥沙含沙量。模型采用山东簸箕李灌区的实测资料进行验证，表明模型可用于预测不同来水来沙条件下非均匀沙在渠道内的运动淤积分布情况。     

河网对流输移问题的求解及应用

本文针对平原河网地区，河道纵横交错，水流流向顺逆不定、水流中输送的物质浓度属非稳态非均匀变化等特点，推导得到了适用于各种流动情况下，求解河网对流输移问题隐式差分方程的一套计算公式，及相应的河网计算方法，运用这一方法进行数值求解，不仅能反映上述各种特点，还具有所需的计算机内存少，计算速度快，易于掌握及应用方便等优点。     

嵌套边界的非均匀格子Boltzmann方法

基于区域分裂技术与非平衡态外推技巧，设计了一种嵌套边界的非均匀网格算法。该算法的基本思想是：将流体流动区域分解成若干个边界相互嵌套的子区域，在每个子区域内部的分布函数使用均匀网格的格子Boltzmann方法求解，区域边界的分布函数通过粗细网格转换与非平衡态外推获得。使用该方法对二维顶盖驱动方腔流动问题进行数值模拟，计算结果与其他方法的结果相吻合，表明该方法可行的、有效的，并且在高雷诺数(Re)下有较好的稳定性。     

海岸带三重双向嵌套三维环流数值模型及其应用

在极坐标条件下，考虑流体等密度面的斜压性，建立了具有4阶精度的三重双向嵌套海洋环流三维原始方程数值模型，模型垂直方向采用z坐标不均匀分层，具有完全非线性和计算效率高的特性。嵌套系统由大模型（19km）、中模型（6km）和小模型（2km）嵌套而成，上一级模型为下一级模型提供动力和边界条件，且下一级模型将自己的动力要素反馈给上一级模型，各模型间相互作用相互交换资料。在具体实施时，每一个模型占用一个CPU，实行同步计算，三模型间每天交换信息一次。模型用体积输送流函数、不同水深处实测海温过程等资料进行验证，在此基础上，应用模型计算了西加勒比海及海岸带浅水区的水流分布特征、温度和盐度分布。计算结果表明，加勒比西海岸带的海流具有明显的季节性变化过程。     

非恒定非均匀泥沙数学模型的建立和应用

应用圣维南方程以及非恒定泥沙连续方程建立了非恒定非均匀泥沙的计算公式，并根据沙量平衡方程和河床变形方程推求出了三门峡库区河底高程的变化规律。结果表明：①计算结果与实际资料符合良好，表明此模型在非恒定输移计算方面具有较好的精度；②模型不仅能够模拟上、下游的流量、水位、沙量过程线，还可以计算各时段河底高程的变化；③模型还需要在应用中不断利用实际资料进行检验和修正。     

天然河道一维非恒定流数学模型

天然河道水流计算中，洪水漫滩时横向流速分布极不均匀，直接用一维非恒定流方程进行模拟会产生较大误差，以前的处理方法其假定与实际差距较大，作者对此作了一些探索性研究，将横断面划分成若干个子断面，动量方程中的动量项取为各子断面动量之和，从而消除了横向流速分布不均匀的影响，并对渭河下游一次洪水过程进行了计算。     

漫滩洪水悬移质输移的探讨

本文对天然冲积河流滩地与河槽的平面形态进行了概化,分析了入滩含沙量与河槽含沙量的关系,提出了滩槽泥沙交换的两种模式,并以非均匀沙床沙上扬规律为基础,导出了漫滩洪水河槽非均匀悬移质含沙量的微分方程,对方程解进行了分析和讨论.以此为基础建立了漫滩洪水悬移质输移的计算方法,验证结果表明,计算成果与实测符合较好.     

桥渡壅水平面二维数学模型模拟研究

本文根据圣维南基本方程组,建立了平面二维非恒定流桥渡数学模型方程,通过坐标变换,以边界拟合坐标生成二维均匀正交网格,在交错网格上采用交替方向的全隐差分格式进行离散化代数方程计算。通过桥渡流场的实例计算,在水位、流速分布、分流比和桥渡壅水等方面取得了令人满意的结果,该数学模型对于弥补和配合物理模型进行桥渡问题的研究具有重要作用。     

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。     

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     

二维水沙和温度及浓度场数学模型与应用

 根据水流泥沙运动和水质（温度及浓度）扩散传播基本理论，建立了平面二维水流泥沙和温度及浓度场数学模型，以之研究水库、河道、河口水流及其输移物质运动规律，并采用有限体积法和有限元法来离散和求解这些模型方程组，用以模拟河道水流及其输移物质运动规律。该模型计算过程稳定，计算速度快，已在诸多工程中广泛应用，并得到原型观测成果的检验。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

尾闾河道及海域整体冲淤数学模型研究

针对黄河下游水少沙多和河口淤积延伸速度快的特点，本文建立了一套包括一维河道和二维海域、适用于多沙河口的整体泥沙冲淤数学模型。模型建立在高含沙的不平衡输沙理论上，采用动边界和动床阻力技术，模型可同时考虑径流、潮流及波浪等多种动力因素共同作用，可用于尾闾河道冲淤、河口泥沙输移扩散和河口演变计算。本文 应用二维模型计算了整个渤海的潮汐过程，得到几个主要分潮的同潮图，计算与实测值符合良好。用1983年汛后至1996年汛前艾山-口门河道地形资料、1996年6～10月和1996年10月～2000年10月的海区地形资料对一、二维连接模型进行了验证。计算结果给出的黄河下游河道的淤积延伸过程、河道水位、河道及海区冲淤量和流路河长延伸等均与实测值基本一致，证实了模型的可靠性。     

洪泛区洪水泥沙数学模型的研究和应用

洪泛区暴雨洪涝灾害是一个严重的问题,伴随着暴雨洪涝,洪水泥沙等沉积物淤积问题突出。采用数值模拟的方法解决暴雨洪水滞涝及泥沙淤积问题。利用二维水流模型理论和二维泥沙运动理论,建立了适用于洪泛区的洪水泥沙输移数学模型。模型由两部分组成,洪水滞涝水动力模型和洪水泥沙输运数学模型。洪水滞涝水动力模型采用加权质量集中的有限单元法...     

三维分形絮团沉降的格子Boltzmann模拟

黏性泥沙絮团的形成机理和沉降特性对河口海岸细颗粒泥沙运动规律研究具有重要作用。为了从微观结构出发研究絮团运动机理，由扩散受限絮凝体聚集模型生成不同大小的分形絮团，引入格子Boltzmann方法模拟三维分形絮团的静水沉降，获得了絮团沉速的变化过程。比较格子Boltzmann算法模拟结果与采用盒子计数分维数的 Winterwerp絮团沉速公式，发现二者有较好的一致性，表明格子Boltzmann模拟方法可应用于河口海岸环境中的黏性泥沙运动研究。     

生物絮凝泥沙运动输移数学模型

近几十年来,河流中生物絮凝泥沙的运动输移对河流生态系统与水工建筑物等造成的影响,已逐渐成为一个研究热点。本文将泥沙运动输移模型与生物絮凝机理模型耦合起来,构建生物絮凝泥沙运动输移数学模型,以预测富营养水生态系统中生物絮凝泥沙运动输移过程中的浓度及水位变化。模型中,通过求解一维非恒定流圣维南方程来计算水流,将生物絮凝视为导致悬浮泥沙絮团粒径变化的主要因素,通过不饱和非均匀输沙(泥沙/絮团)方法来模拟生物絮凝泥沙的运动。利用文献数据和室内水槽实验来验证生物絮凝泥沙运动输移数学模型,模拟结果与实验数据吻合较好,表明所构建的一维数学模型可以较好地模拟生物絮凝泥沙的输移特性。     

库区平面二维水沙数学模型的 研究与应用

本文建立了库区平面二维水沙数学模型,应用有限体积法思想,增强了模型的适应性和灵活 性。利用该模型对庙宫水库库区内的水流和泥沙冲淤进行分析研究,结果表明,模型能较好地模拟水 库的河道水流泥沙运动及河床变形情况,将其应用于庙宫水库蓄水排沙预报的模拟计算中,通过综合 对比,提出了水库现状泄流条件下最优清淤方案。     

外洪溃堤一、二维耦合模型与内涝模型叠加在防洪保护区内的应用探讨

针对防洪保护区河道洪水的漫滩、溃堤及其与内涝叠加耦合预测的难题,以模拟溃堤洪水遭遇区域内涝情况下洪水演进过程为目标,采用基于非结构网格的Roe格式离散控制方程,利用Mike-flood提供的标准连接、侧向连接实现一维与二维模型间的耦联,将溃口口门概化为宽顶堰并添加控制策略实现堤防溃决模拟。采用二维水动力模型耦合降雨径流关系计算净雨过程,建立与区域内涝模型叠加联用的一、二维水动力耦合模型。以中运河南片防洪保护区内洪水演进为例进行分析,结果表明:中运河右堤胡家险工溃决后,洪水向下游演进至房亭河与中运河交汇处的运西洼地内,最大淹没水深位于房亭河与中运河交汇处。模型能够较合理的反映区域内涝分布、地形及主要道路和涵洞对洪水演进的影响,可为区域内防洪抢险工作提供可靠依据。