基于GIS的黄河下游二维水沙数学模型水沙构件设计

基于无结构网格的FVM方法离散微分方程,采用Osher及LSS格式计算对流通量,通过高斯积分求扩散项中控制体形心处的梯度矢量,预测、校正二步格式求解方程组,保证了水流计算格式的解具有良好的物理基础,符合解的特征构造,具有守恒性、逆风性、单调保持性。利用实测资料对非均匀沙沉速、分组沙挟沙力、紊动黏滞性系数计算公式等进行了适应性分析,综合确定了适应于高含沙水流的计算模式和方法。     

基于GIS的黄河下游二维水沙数学模型可视化构件设计

黄河下游数学模型可视化需要大量的区域空间信息,GIS的发展为黄河下游数学模型可视化提供了强大的技术支撑。从实现黄河下游数学模型与GIS耦合集成及其系统可视化的目的出发,介绍了系统的总体设计、主要功能,包括人机交互界面、为数学模型提供空间数据以及实现数学模型仿真模拟等。在VB6．0、GIS数据库等专业技术软件的支持下开发了基于GIS的黄河下游数学模型可视化系统,实现了水文、泥沙、河道等模型数据的输入输出、可视化网格生成以及洪水演进、河床演变的仿真模拟等。系统不仅为二维数学模型提供了可视化平台,而且为分析、认识河床演变和泥沙运动规律提供了帮助。     

黄河下游平面二维水沙运动模拟的有限元方法

本文以水流和泥沙运动规律的研究成果为基础，建立了平面二维水沙模型。用有限元方法导出了本模型的离散方程式，用质量集中和预估校正法处理，迭代求解方程组。     

黄河下游河道准二维泥沙数学模型研究

本文首先简要回顾了以往黄河河道泥沙数学模型研究成果,再以水流运动方程及经过作者修正的泥沙运动方程为基础,同时引入与实测资料相符合的水流挟沙力、动床阻力、泥沙级配等计算公式作为补充方程,构造出黄河下游河道准二维泥沙数学模型。然后,采用1986年11月-1996年10月这10年长系列实测资料,开展了验证计算。其结果表明,该模型不仅能计算黄河下游河道一般洪水引起的河床冲淤变形,还能成功地模拟出大沙年下游处于强烈淤积时的规律。     

基于GIS的黄河下游二维水沙数学模型测试与率定

为检验黄河下游基于GIS的二维水沙数学模型的水流、泥沙构件对各种流态、任意几何形状及水下河道地形等复杂情况的适应性,利用缓流、急流、缓急流相互转化、复式渠道及点源加沙等典型案例对模型构件进行了测试,并采用2004年黄河调水调沙试验资料对模型进行了初步率定。测试与率定结果表明：黄河下游基于GIS的二维水沙数学模型的水流、泥沙构件设计合理,数值方法正确,在各种流态、复杂地形等条件下具有通用性和较高的精度。虽模型的水流、泥沙构件能基本反映水流泥沙运动规律,但尚需通过更多的实测资料进行率定验证,以进一步提高模型的精度。     

黄河下游花园口～孙口河段水沙运动仿真模型开发研究

黄河下游洪水演进受滩槽冲淤、生产堤状况与滩地调蓄作用的影响非常显著。花园口～孙口河段水沙运动仿真模型以二维不恒定流与不平衡输沙理论为基础，采用无结构不规则网格，分段建模，联接运行，能较好适应河势的变化。模型具备动态图象显示和人机对话功能，可在计算中较好模拟生产堤溃决或抢险堵口加高等现象。模型对滩槽冲淤具有一定的自调节的能力，增强了模型对黄河来水来沙变幅大的适应能力。模型以“82.8”与“96.8”两场洪水的实测资料作了验证，结果吻合良好。     

黄河下游花园口—孙口河段水沙运动仿真模型开发研究

黄河下游洪水演进受滩槽冲淤、生产堤状况与滩地调蓄作用的影响非常显著．花园口～孙口河段水沙运动仿真模型以二维不恒定流与不平衡输沙理论为基础，采用无结构不规则网格，分段建模，联接运行，能较好适应河势的变化．模型具备动态图象显示和人机对话功能，可在计算中较好模拟生产堤溃决或抢险堵口加高等现象．模型对滩槽冲淤具有一定的自调节的能力，增强了模型对黄河来水来沙变幅大的适应能力．模型以“８２８”与“９６８”两场洪水的实测资料作了验证，结果吻合良好     

黄河下游灌渠水流泥沙数学模型

本文结合灌渠的结构特点及水流泥沙特性，对一维非耦合，非均匀、不平衡沙基本方程组进行了合理的简化，根据实体模型试验实测资料，确定了自流与提灌时干，支渠分流的不同分沙分水比。     

黄河下游河床演变数学模型和初步研究及其应用

以黄河下游河床演变特性为基础，提出了漫滩水沙运动及水沙交换的处理方法，探讨了冲淤量沿河宽分布的准二维计算方法，分析了河床横向变化及其对纵向输沙的影响，并提出了相应的模拟方法，在已用实测资料对这几项研究率定的基础上，建立了适用于黄河下游的准二维数学模型，并用黄河１９６９－１９７８年实测资料进行了验算，验证成果表明，计算与实测基本一致，最后计算和比较了不同来水来沙方案对下游的影响。     

水沙实时预测数学模型研究

传统的水沙数学模型基于水沙运动守恒规律,在给定模型参数和边界条件下封闭未知变量,产生可求解的静定方程组。本文在传统水沙数学模型的基础上,引入水沙实时观测值,利用集合卡尔曼滤波等方法,构造水位、流量和含沙量等未知变量的状态空间方程,通过滤波求解获得他们的优化值,并实时更新模型方程的初始场,将传统的水沙数学模型发展为水沙实时预测数学模型。该实时校正模式应用于2011年黄河下游花园口至利津河段调水调沙实验,取得了满意的效果。     

黄河下游泥沙数学模型及其应用

本针对黄河下游来沙特性和河道冲淤演变的特点，建立了复式断面数学模型，综合考虑了洪水演进，不同粒径泥沙的冲淤特性，断面上的冲淤分布，悬沙和床沙级配的变化调整及其对水流挟沙能力的影响等方面的问题。黄河下游１９７４－１９８８年实测水沙系列验证计算表明，模型在冲淤总量，沿程分布等方面均与实测资料符合良好；小浪底水库对黄河游河道冲淤影响的计算结果与有关献的结论也基本一致。     

黄河泥沙数学模型的研究及应用

黄河泥沙数学模型的研究与流域规划、工程建设和管理运用等生产问题紧密结合，根据黄河治理情况及各时期治黄对数学模型的要求，黄科院开发和研制了水学和水动力学两类模型，通过简单回顾黄科院黄河泥沙数学模型的发展概况，对黄河水学模型的特点，水动力学模型的基本原理、计算方法、关键技术问题的处理等方面分别进行了论述，指出也已取得的成就及在生产实践中的应用。     

黄河河口挖河减淤数学模型研究

运用经过补充和完善的复合一维水沙数学模型,对黄河河口挖河减淤的效果进行了研究。结果表明：计算与实测结果大体上是一致的,差异在观测误差范围之内,说明模型各项参数选择基本准确,有一定的可信度;采用的复合一维（准二维）水沙数学模型有待进一步修正和完善,并逐步向二维和三维模型发展,以求取得更为准确的计算结果。     

黄河下游水沙突变特征分析

河川径流是黄河流域最主要的水资源,1950年以来黄河下游水沙量总体呈递减趋势。由于水资源在黄河下游社会经济发展中占有十分重要的地位,因此有必要了解黄河下游来水来沙的变化趋势。水文循环、自然条件的剧烈变化和流域内人类活动的影响通常会引起流域水文系统运行方式的改变,进而使径流序列发生变异,呈现出阶段性特征,并且变异前和变异后的水文序列总体分布发生显著改变。了解和诊断径流序列的变化规律,对水文分析、模拟和预测中统计方法的选择以及制定防洪减灾对策和水环境治理措施都具有重要意义。掌握黄河下游来水来沙变化趋势及变异成因是黄河下游水资源合理开发利用及水沙调节的关键。本文使用非参数统计方法、Mann-Kendall趋势检验方法和Pettitt变点检测方法对黄河下游5个水文站的年来水量与年来沙量系列分别进行了趋势检测及变异点检测。研究结果显示,黄河下游年来水量与年输沙量一级变点均出现在1985年,变异成因主要为气候变化及龙羊峡等水利工程建设运行。年来水量与年输沙量二级变点出现的年份不完全一致,5个水文站年输沙量系列的二级突变点为1996年,年输沙量系列突变时间晚于年来水量序列突变的时间,并且年输沙量系列的突变规律性较好,三门峡水库、刘家峡水库及小浪底水库的建设运行是二级变点出现的主要因素。     

黄河水沙数学模型评价体系研究

结合理论研究和水文测验成果,构建了水沙数学模型多目标可量化评价体系,甄选了经典实验室数据和多沙河流实测原型资料,集成了模型测试案例题库;基于建模原理和水文观测数据,遴选了模型评估的单项指标;借助层次分析法和结构方程模型法研究了单项指标的无量纲方法、单项赋权及合成模型。建立水沙数学模型评价体系,可以实现水沙数值模拟量化评价,改变我国目前数学模型评价以主观评审为主导的现状,促进水利行业数值模拟的标准化、规范化发展。     

基于ArcGIS Server的黄河数学模型发布平台研究

基于ArcGIS Server开发了分布式数学模型公共后处理平台,以Web服务方式耦合发布各类图层数据,可便捷地在线展示数学模型计算成果。同时,利用VTK组件实现了数学模型计算结果的动态渲染,把复杂的数字表现形式转化成为便于领导决策的可视化动态表现形式,将传统面向科研人员的单机数学模型后处理系统转向为领导决策服务的网络发布平台。     

黄河下游年径流量及输沙量变化的EMD分析

运用EMD方法对黄河下游花园口站1952—2009年年径流量及年输沙量的时间序列资料分别进行了多时间尺度分析,得到了各自具有不同周期的波动分量以及趋势分量。结果表明:黄河下游年径流量、年输沙量的变化过程具有复杂的多时间尺度特性,是多种波动成分共同作用的结果;年径流量和年输沙量变化过程均存在3个波动周期,而趋势项呈递减的态势;相同尺度下的水、沙分量之间具有显著的相关性,而不同尺度下的水、沙分量之间基本无相关性。     

皇甫川流域产流产沙数学模型及水沙变化原因分析

该模型是从泥沙运动力学的基本理论出发，结合水文学，气象，土壤学和地理地貌学的原理建立起来的。并着重解决了在大流域计算中的流域的地理，地貌的差异性和降雨在时空分布上的不均匀性问题。     

近期黄河流域水土保持减水减沙效益计算方法研究刍议

水土保持减水减沙效益计算方法,是分析水土保持减水减沙效益和预测水沙变化发展趋势的关键技术。通过总结近期黄河水沙变化研究中的主要方法,对计算方法的改进提高和存在的主要问题进行了评述,探讨了今后改进提高的方向和途径。