一维畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型Ⅱ：验证

根据室内外试验观测数据和模拟结果,对比分析了基于混合数值解法求解的一维畦灌地表水流运动模型以及基于二阶时间离散精度有限差分法-四阶空间离散精度有限体积法解算的一维土壤水动力学模型的模拟效果,检验了现有迭代耦合模式改善后的模拟性能。结果表明,利用混合数值解法求解一维畦灌地表水流运动模型具有比Roe有限体积法更好的数值计算稳定性和收敛性;与一阶时间离散精度有限差分法-二阶空间离散精度有限差分法及一阶时间离散精度有限差分法-二阶空间离散精度有限体积法相比,采用二阶时间离散精度有限差分法-四阶空间离散精度有限体积法解算一维土壤水动力学模型具备较好的模拟精度、质量平衡性和收敛速率。与此同时,改善后的迭代耦合模式呈现出较好的模拟精度和质量守恒性,且计算效率平均提高0.7倍以上。基于数值解法和迭代耦合模式同步改进后构建的一维畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,具有提高模拟精度和计算效率的良好能力。     

一维畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型Ⅰ：建模

畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型可从物理机制上综合模拟地面灌溉过程中地表水与土壤水系统之间的互动关系,为开展区域尺度地面灌溉系统性能评价提供了基础工具.利用二阶时空离散精度的混合数值解法求解一维全水动力学模型,建立了一维畦灌地表水流运动模型,并利用二阶时间离散精度有限差分法和构建的四阶空间离散精度有限体积法解算一维土壤水动力学模型.同时,以地表水和土壤水质量守恒方程交替迭代计算的地表水深收敛值为基础,利用动量守恒方程获得地表水流速场,实现了地表水-土壤水系统间的有效迭代耦合,构建起基于数值解法和迭代耦合模式同步改进的一维畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型.     

基于自适应网格的二维水动力模型

为准确地模拟流域洪水传播和淹没情况,基于自适应网格技术,以有限体积法为离散格式构建数值模型.模型以二维浅水方程为控制方程,采用HLL格式近似黎曼解计算界面通量,采用WAF格式对计算的通量进行加权修正,保证时间和空间上的二阶精度,并使其满足TVD条件,减小数值振荡.底坡源项采用水深差分重构,摩阻源项采用半隐式格式,保证数...     

二维不可压缩平板边界层的紧致有限差分法

针对二维不可压缩平板边界层N-S扰动方程,采用高精度紧致有限差分格式,应用空间模式,直接数值模拟了二维不稳定T-S波传播的过程。该算法的时间离散采用三阶精度混合显隐分裂格式,空间离散采用高精度紧致有限差分逼近。法向采用非等距网格方法,出口边界条件采用嵌边函数法。实例验证,该方法计算结果与流动稳定性分析的结果一致。     

基于修正Roe格式的有限体积法求解二维浅水方程

应用迎风有限体积法,对具有复杂地形的二维浅水方程进行数值模拟.基于非结构化网格,采用Roe格式的近似Riemann解计算非粘性界面通量.底坡源项采用简单的斜底模型离散,从而保证了地形的离散精度.为了保证该计算格式的压力项和底坡源项的和谐性,对经典的Roe格式计算数值通量中的静水压力项进行了修正,并证明了修正后的Roe格式具备和谐性.通过与超临界流倾斜水跃和有激波混合流算例理论解结果比较,验证了该模型具有良好的间断捕捉能力、计算稳定性和守恒性.     

基于有限体积法的二维浅水流动数值模拟程序开发

应用近年来浅水动力学理论的研究成果,参考国内外在软件设计方面几十年积累的经验,开发了基于有限体积法的二维浅水流动数值模拟程序CFD-FVM2D.程序以Roe格式的近似Riemann解为基础,离散浅水方程并将源项按特征方向进行特征分解,建立带源项浅水方程的通量平衡的Godunov求解格式,并对摩擦源项采用隐式、半隐式求解格式,以解决浅水方程的间断、动边界和河床起伏问题.     

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。     

非结构网格浅水方程隐式解法

基于非结构网格模拟河道复杂边界的研究域,应用算子分裂法剖分浅水方程,采用有限体积法离散,建立隐式格式的通量计算,构造一种模拟二维水流运动的隐式算法。该方法具有计算稳定的特点,并应用于长江南京段分汊河道的流场模拟,计算结果与实测结果吻合良好,验证了算法的可行性和有效性。     

湖泊三维流场数值模拟及其在东湖的应用

该文精细化模拟了湖泊流场的时空变化,建立了?坐标系下的湖泊三维水动力数值模型。该模型采用非结构三角形网格和垂向?坐标来剖分计算区域,空间上采用有限体积法离散三维水动力方程组,时间上采用模式分裂技术,外模求解中,采用修正的四阶龙格库塔格式求解二维垂向积分方程时变项,运用Osher格式计算跨边界法向通量,获得水深分布和垂向平均流速。求解三维内模动量方程时,模型采用显示与隐式相结合的方法求解三维水流运动方程组,获得三维流场细节。在数值模拟中全面引入三维GIS技术来辅助完成前处理、后处理与可视化任务,以提高建模效率和减低建模成本。并以武汉东湖为研究示范,对不同气候条件下湖泊的三维流场结构和变化规律进行了深入分析,验证了三维水动力数值求解方法的有效性。     

具有复杂计算域和地形的二维浅水流动数值模拟

本文采用非结构化网格的有限体积方法，对具有复杂计算域和地形的二维河道进行数值模拟。采用Roe格式的近似Riemann解计算界面通量，对地形变化源项采用特征分解平衡界面通量以保证格式的和谐性，对摩擦力源项采用隐式或半隐式求解以增加格式的稳定性。通过与混合流算例理论解比较，验证了格式是和谐性的并具有良好的间断捕捉能力与稳定性。应用此方法对地形复杂，存在多处险滩和深潭的某河段进行了实际模拟，数值计算结果和模型试验结果吻合较好。     

模拟微地形空间变异对畦灌系统影响的田间验证

对不同畦块类型和畦灌人流方式,进行了田问灌溉试验.根据田间试验数据,对微地形随机模拟和二维灌溉模型的数值模拟评价方法进行验证.通过随机生成和实测的畦面相对高程模拟所得的畦灌过程和畦灌性能与田间实测结果的对比,得出基于微地形随机模拟和二维灌溉模型对畦灌过程和畦灌性能进行数值模拟具有较好的可行性和实际效果,相比而言,对水流推进时间、平均灌水深度的模拟效果较好;地表水深变化过程、灌溉效率次之;水流消退时间、灌水均匀度稍差.利用基于最小样本容量随机生成的一组畦面相对高程开展微地形空间变异性对畦灌系统影响的数值模拟评价比基于单个典型田块的实测高程数据进行评价更为合理.     

Conjunctive Use of Surface Water and Groundwater: Application of Support Vector Machines (SVMs) and Genetic Algorithms

Combined simulation-optimization models have been widely used to address the management of water resources issues. This paper presents a simulation-optimization model for conjunctive use of surface water and groundwater at a basin-wide scale, the Zayandehrood river basin in west central Iran. In the Zayandehrood basin, in the past 10 years, a historical low rainfall in the head of the basin, combined with growing demand for water, has triggered great changes in water management at basin and irrigation system level. The conjunctive use model that coupled numerical simulation with nonlinear optimization is used to minimize shortages of water in meeting irrigation demands for four irrigation systems. Constraints guarantee the maximum/minimum cumulative groundwater drawdown and maximum capacity of irrigation systems. A support vector machines (SVMs) model is developed as a simulator of surface water and groundwater interaction model while a genetic algorithm (GA) is used as the optimization model. Conjunctive use model runs for three scenarios. Results show that the accuracy of SVMs as a simulator for surface water and groundwater interaction model is good and that it is possible to decrease the water shortage for irrigation systems with application of proposed SVMs-GA model.     

基于全水动力学模型的波涌灌溉管理系统

基于全水动力学模型建立起波涌灌溉管理系统，用于模拟间歇供水状态下的地面水流运动，确定适宜的波涌灌水技术设计与管理参数及其组合条件，比较和选择波涌灌水技术的田间实施方案，管理有关波涌灌溉技术应用的各类信息资料。该系统是一个以实际应用为目标的波涌灌溉管理应用软件，具有计算稳定性好、估值精度高、收敛性和守恒性较强等明显特点。     

基于全水动力学模型的波通灌溉管理系统

基于全水动力学模型建立起波涌灌溉管理系统，用于模拟间歇供水状态下的地面水流运动，确定适宜的波涌灌水技术设计与管理参数及其组合条件，比较和选择波涌灌水技术的田间实施方案，管理有关波涌灌溉技术应用的各类信息资料，该系统是一个以实际应用为目标的波涌灌溉管理应用软件，具有计算稳定性好，估值精度高、收敛性和守恒性较强等明显特点。     

Application of Integrated Hydrologic and River Basin Management Modeling for the Optimal Development of a Multi-Purpose Reservoir Project

Multi-purpose reservoir development have been always a big challenge for the management of water resources. This paper describes an integrated approach for investigating catchment hydrology in the development of a hydropower and a canal irrigation system based on model analyses. The investigation aims to adequately determine an optimal domestic and irrigation water resources allocation scheme based on an assessment of the reservoir water balance and capacity for hydropower. The soil and water assessment tool (SWAT) which characterizes basin hydrology and the water management and planning model MODSIM which provides a decision support system for water allocation optimization, were used in this study. The integrated approach was applied to Prek Te River basin in Cambodia. The water demand aspect was examined based on domestic water use, irrigation water, environmental flow, and water losses. An operational rule curve was developed for hydropower operation with respect to a power potential of 13 MW. Hydrologic modeling revealed 90 % dependable water of about 2.7 m³/s during the dry season and 214.3 m³/s during the wet season, indicative of a wet-season dependent reservoir for storage. Results from the 26-years simulation period also showed that diversions for domestic water and irrigation water supply were 92.3 % dependable for a 13 MW capacity hydropower development. The integrated approach was shown to be a valuable decision support tool for water resources management with the determination of an optimum policy for multi-purpose reservoir operation based on available basin water supply.     

Irrigation Modelling in the Context of Basin Water Resources

Management practices for irrigation schemes can often be improved by modelling the behaviour of a scheme and by evaluating its efficiency statistics. However, looking at an irrigation scheme without regard for other water uses within the river basin may not be effective. Efficiencies computed in this way are local and, since water may be used many times within the same basin, may not be realistic. Changes in water uses (e.g. irrigation, industrial, power production, urban water supply, navigation, environmental, recreational) will often have effects on other uses; and changes in irrigation schemes (management,structural, crop pattern) may affect other users within the basin. In addition, all water users will be affected by external changes such as changes in land cover or in climate. As demand for water increases, these links become more important until, at some stage, there is insufficient water for all users and hard choices must be made. Hydrological modelling is a tool that can be used to relate irrigation schemes to the other water uses within a river basin and can help in assessing real productivities and in evaluating alternative patterns of water usage. This paper discusses the techniques available to simulate irrigation schemes within overall basin water resources using, as an example, an intensively utilized basin in western Turkey.     

梯级电站联合调节非恒定流对枢纽间航运安全的影响

针对嘉陵江干流中游亭子口至沙溪航电枢纽间河段建立了非恒定流数学模型,并采用基于Preissmann四点隐格式的有限差分法进行求解.利用2001年亭子口至沙溪河段实测的洪、中、枯下沿程各断面水面线资料率定模型综合糙率值.用黄河四龙至龙湾段2002年实测资料对模型精度进行了验证.应用该模型分别计算梯级电站联合调节时苍溪反调节枢纽兴建前后亭子口至苍溪段非恒定流水流条件,并做对比分析.结果表明梯级电站联合调节时反调节枢纽的兴建能明显改善河段通航水流条件.     

石羊河流域井灌区管道灌溉系统优化模式研究

为了探求石羊河流域井灌区管道灌溉系统优化模式,对喷灌、滴灌、管灌等高效节水技术与变频调速技术进行配套,采用"恒压变量"研究方案对各灌溉技术间流量与压力协调进行了试验。结果表明:水泵的转速大于最低合理转速1 710 r/min时,在喷灌、滴灌、管灌3种工作条件下,水泵效率均较高,基本在高效区运行,同时也说明"恒压变量"一整套水泵调速工况点参数计算公式和计算方法正确可靠。     

黄河流域水资源规划优化模型

黄河流域水资源规划优化模型是一个以流域节点图为基础，以线性规划技术核心，数据驱动的通用流域水资源规划模型。它考虑了地表水地下水联合运用，梯级电站补偿调节，变动灌溉定额和防凌，渔业，环境用水等因素，以农业灌溉净效益与水力发电效益之和最大为目标，在全流域内优化水资源分配。本模型通用灵活，功能效全，是一个非常实用的分析和决策辅助工具。     

WRMM模型在玛纳斯河灌区的应用

针对目前灌区水资源优化配置的求解算法存在局限性的情况,本文结合玛纳斯河灌区水资源系统特点,采用加拿大阿尔伯特省环境署开发的水资源管理模拟模型WRMM,对玛纳斯河流域各灌区和城市的供水过程,以及水库的入流、出流过程进行了模拟。结果表明:模型模拟结果良好,对玛纳斯河灌区的水资源管理和优化配置具有一定的指导意义。