珠江三角洲地区河网水动力学

对珠江三角洲河网区河道进行了概化,利用一维非恒定流基本方程组、河网节点连结方程及边点方程建立了珠江三角洲河网区水动力学模型;将参加计算的方程分成微段、河段、汊点三级,采用逐级处理再联合运算的方法(即所谓的三级联解法)[1],求得河网中各计算断面的水位、流量等值;利用丰、平、枯三期的实测资料对模型参数进行了率定.率定后的模型计算值和实测值吻合较好.     

平原河网水动力模型及求解方法探讨

参考国内外有关资料 ,根据河网非恒定流水动力模型的控制方程组和汊点衔接条件 ,建立平原河网水动力节点 河道模型。介绍用特征线法 ,有限体积法和有限差分法中的直接解法、分级解法、汊点分组解法、矩阵标识法、非线性方法等求解的基本思路。对比单元划分模型、混合模型以及人工神经网络模型等平原河网水动力模型 ,分析各个模型的优缺点 ,结果表明 ,节点 河道模型原则上可以求解任何水网的水力参数 ,单元划分模型仅适用于河道流速时空变化不大的情况 ,人工神经网络模型的验证比较困难。指出改进和设计计算方法、应用向量运算和并行算法、数值模拟可视化、数值计算模型软件化是河网数值模拟的主要发展方向     

具有闸、堰的一维河网非恒定流数学模型及其在多闸联合调度中的应用

对含有多个闸、堰等水利工程的河网,从闸门运用和河道行洪两方面考虑,采用三级联解法建立一维河网非恒定流数学模型,提出双向迭代内边界控制法对具有闸、堰的特殊河段求解。将这种模型应用于天津市永定新河洪水演进计算,考虑了该河网复杂的水闸控制条件,模型验证的结果和实测资料基本一致,将其应用于多闸联合调度方案的数值模拟,对永定新河下闸位建闸方案的确定和建闸工程的实施具有积极的指导作用。     

珠江三角洲地区河网水动力学模型研究

对珠江三角洲河网区河道进行了概化，利用一维非恒定流基本方程组，河网节点连结方程及边点方程建立了珠江三角液河网区水动力学模型，将参加计算的方程分成微段，河段，汊点三级，采用逐级处理再联合运算的方法（即所谓的三级联解法），求得河网中各计算断面的水位，流量等值，利用丰，平，枯，三期的实测资料对模型参数进行了率定，率定后的模型计算值和实测值吻合较好。     

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。     

嘉北感潮河网不稳定流计算

嘉北地区是杭嘉湖平原排水入黄浦江的主要通道之一,汛期西部来水集中,而下游受高潮顶托,极易受涝。为研究上海、江苏在近邻地区进行围垦、堵坝、包围等工程措施后对杭嘉湖地区水情的影响,并为研究杭嘉湖地区北控、东泄、南排等治理措施规模,我们参考华东水利学院《河网非恒定流的三级联合解法》,根据嘉北地区的网河具体条件,采用COBOL语言编制了嘉北感潮河网不稳定流计算程序,在IBM一4331机上调试成功。程序对长山闸挖潜研究中的两个课题,对嘉北现状和规划河网(包括水闸、泵站),进行了验证计算和工程方案计算。并对温黄平原规划河网(包括水闸,隧洞,泵站)进行了适应性数值计算。结果     

珠江三角洲河网悬沙数学模型分析

物理模型对于复杂多变的河网河道的水力因素变化不易描述,数学模型已成为研究其河道水力、泥沙问题的重要手段。在线性化的Pressmann四点隐式差分法基础上,应用汊点分组思想求解河网流场,采用节点悬沙控制方法对珠江三角洲河网悬沙进行了数值模拟,利用实测资料对模型进行率定与验证,并分析了珠江三角洲流域河网悬沙输移特征。结果表明,数值模拟结果真实、可靠,与实测资料基本吻合,从而再次证明珠江三角洲河网是以径流输沙为主的平原河网。建立悬沙节点控制方法进行河网悬沙的数值模拟,实现了泥沙方程组的分级解法,提高了计算效率与精度。     

复杂河网非恒定流计算模型：单元划分法

本文根据平原河网的水力特性，采用文献的单元划分法，研究了复杂河网非恒定流计算问题，给出了数学模型，并用于镇江河网计算，效果令人满意，将计算结果与河网三级联解法计算结果比较，计算精度相当，并具有节省机时和内存的优点，实用性较强。     

具有堰的环状河网中追赶系数的新求贩

以圣维南方程组为基础,建立了具有堰的环状河网非恒定流数学模型.采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散,并考虑了堰的影响,利用河网的三级解法编制河网非恒定流的计算程序求解各断面的水位Z和流量Q.对于堰出流的模拟,根据堰的上下游条件,给出了环状河网中有内部边界堰存在时追赶系数的一种新的推求方法,提出了适用于环状河网中自由出流和淹没出流的算法.实例研究表明,该模型是可靠的,可以用于河网水流治理工程的数值模拟研究,并且提供了一种处理明渠分流的工具,对实际工程有一定的指导意义.     

具有堰的环状河网中追赶系数的新求法

以圣维南方程组为基础,建立了具有堰的环状河网非恒定流数学模型。采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散,并考虑了堰的影响,利用河网的三级解法编制河网非恒定流的计算程序求解各断面的水位Z和流量Q。对于堰出流的模拟,根据堰的上下游条件,给出了环状河网中有内部边界堰存在时追赶系数的一种新的推求方法,提出了适用于环状河网中自由出流和淹没出流的算法。实例研究表明,该模型是可靠的,可以用于河网水流治理工程的数值模拟研究,并且提供了一种处理明渠分流的工具,对实际工程有一定的指导意义。     

一维不恒定流河网数学模型研究与应用

河道中洪水数值模拟主要用求解描述洪水波运动的圣维南方程组，依数值计算解法不同而产生了不同的模型．在海河流域大清河北支及中下游河道洪水数值模拟的实际工作中，应用了一维河网模型进行洪水的模拟计算，并根据实际情况加入了蓄滞洪区调度、泄洪闸控制调度以及近年来北方河道入渗的特点等条件，计算效果良好．现对模型的理论基础和解法以及实际应用经验作一简述。     

基于汉口分类处理的平原河网水质模拟方法

在目前常用的平原河网水质模拟三级解法中,对所有汉口出口断面浓度均采用均匀混合假设,然而汉口处不同的水动力条件和来流水质使得均匀混合假设未必适用于所有的汉口.为修正传统方法中的这一理论不足,该文提出对不同类型的汉口进行分类,并基于不同的处理建立平原河网水质模型.较之传统的三级解法,该方法直接求解断面浓度,无需求解汉口处的浓度,可有效简化求解过程并提高精度.将模型应用于江苏昆山某河网,求解非恒定流条件下各断面的COD浓度.结果表明:在未采用均匀混合假设的汉口,出流断面浓度与传统模型的结果差异明显;该模型计算结果与实测值吻合较好,可应用于平原河网水质模拟.     

一二维耦合河网水沙模型研究

借鉴河网水流的三级解法,将二维河段概化为河网内部河段,通过河网节点流量和输沙量的平衡,建立一二维耦合河网水沙模型。模型采用全隐式方法建立二维河段以首末断面的水位和含沙量为中间变量的矩阵追赶关系,进而建立整个一二维河网的节点水位及含沙量的矩阵方程组。对方程组的求解,可实现一二维水沙模型的耦合求解。通过对长江下游大通至镇江概化河网的验证计算,表明模型具有很好的实用价值。     

基于汊口分类处理的平原河网水质模拟方法

在目前常用的平原河网水质模拟三级解法中,对所有汊口出口断面浓度均采用均匀混合假设,然而汊口处不同的水动力条件和来流水质使得均匀混合假设未必适用于所有的汊口。为修正传统方法中的这一理论不足,该文提出对不同类型的汊口进行分类,并基于不同的处理建立平原河网水质模型。较之传统的三级解法,该方法直接求解断面浓度,无需求解汊口处的浓度,可有效简化求解过程并提高精度。将模型应用于江苏昆山某河网,求解非恒定流条件下各断面的COD浓度。结果表明:在未采用均匀混合假设的汊口,出流断面浓度与传统模型的结果差异明显;该模型计算结果与实测值吻合较好,可应用于平原河网水质模拟。     

一、二维嵌套模型在河口工程中的应用

在圣维南方程组基础上建立了适用于大型复杂河网计算的一维河网数学模型,并在工程局部嵌套平面二维数学模型。计算中先采用三级联解法求解整个一维河网模型,以一维模型计算结果作为边界条件代入二维模型计算,对控制方程进行了泊松变换,再运用有限分析九点格式求解,从而减少了在完全耦合解时必需的迭代次数,缩短了计算时间。最后以珠江三角洲虎门出海口上的虎门大桥工程河段为例,对模型进行了验证计算。     

雄安新区城市水系结构规划分析

合理的水系结构是维持城市健康绿色发展的重要基础条件之一。雄安新区起步区内没有天然水系,当前迫切需要规划科学合理的城市水系。选取河道宽度、河段长度、河网密度、水面率、河网发育系数等水系结构重要指标,在现有典型城区城市水系相似性分析的基础上,确定起步区城市水系平面结构,然后利用SWMM模型对水系垂向结构和防洪安全进行检验,对规划水系进行溢流风险识别,设置水系调蓄空间。结果表明：(1)城市三级河流的分布受研究区降雨的影响较大,降雨量越大,所需三级河流的密度就越高,起步区的三级河流水系密度取值0.5,主要分布在起步区北部;起步区南部是溢流高风险区,地势低洼,设置调蓄湖泊。(2)起步区规划水系的结构稳定性较高,二、三级河流的河网发育系数分别为1.030和0.872,数值均趋近于1,避免河网主干化;一、二级河流断面为复式断面,上部为梯形浅滩,下部为矩形深槽,三级河流选为矩形断面,不设浅滩。(3)起步区水系的水面积率为7.28%,与区域和城市定位要求相一致。研究结果可为雄安新区构建健康安全的城市水系提供科学参考。     

水闸联合调度下河网水动力过程数值模拟研究

在河网地区,为控制河道水体循环、改善河流水环境质量,需要越来越多的利用水闸联合调控技术。但利用数学模型精确模拟水闸控制对水动力过程影响的技术尚不成熟。利用面向对象思想和三级联解法并结合MPI和OpenMP并行编程技术,开发了潮汐河网水动力模型TRNM（Tidal River Network Model）。将该模型用于珠江三角洲市桥河网,利用实测水文资料对模型进行率定后,模拟了市桥河上雁洲水闸建闸前后不同调度方案对市桥河水动力过程的影响。模拟结果与实测结果吻合良好,并行算法大大提高了模型的计算速度。     

一种高效实用的河网水动力数学模型研究

本文建立了河网的水动力数值模型，该模型可以解决树状的（如集水系统）、环状的、有分支的（如灌溉系统）以及任意组合的河网或渠道系统的水动力问题。利用Fortran语言自定义数据类型变量（或C语言的结构体类型变量）在构建数据结构方面的灵活性，把复杂的河网分成河道和节点两大类进行数据结构的构建以及数据的存储和使用。在节点的连接处理上，虽然本文的方法是基于三级联解的一种改进方法，但我们在已有的工作的基础上，避免了直接联立求解大型线性方程组。这样就没有系数矩阵的带宽问题，加上在构建数据结构的灵活性，使得河网中河道和又点可以任意编号，甚至可以不连续编号。利用几个典型算例，我们对模型进行了可靠性和精度分析，计算结果与前人的计算结果吻合较好。     

基于节点传播的河网水动力学模型的实时校正研究

在实时洪水预报系统中,如何提高平原区河网的预报精度是研究的难点。该文以河网节点水位三级解法为基础,结合单一河道最优卡尔曼滤波校正模式,通过对节点校正量传播形式的研究和分析,提出基于节点传播的环状河网实时校正模型。通过该校正技术,可根据实测站点校正值,确定其所在河道校正新息分布,并通过节点得到相邻河道所有断面校正量,以实现整个河网的实时校正。通过长江澄通河段的实例表明,该校正方法计算稳定,与无校正模拟情况相比,基于节点传播的河网校正技术能有效提高1 h和3 h峰、谷值的预报结果和短期预报精度。     

水沙河口衔接数学模型的研究及其应用

在河口水流、泥沙数值计算时提出一、二维衔接的数学模型.根据一、二维水流连续方程、运动方程、悬沙扩散方程、两相流底沙运动方程、床面演变方程,对一维河道采用河网三级联解法、迎风差分格式,对二维海区采用有限元加权集中质量法、三角差分格式,建立水沙河口衔接数学模型.将此模型应用于天津泰达永定新河河口工程的研究上,经实测水沙资料验证,计算值与实测值基本吻合.为河口改造时引起的河道与海区的水流及泥沙稳定性问题提供了可行的研究方法.