波涌沟灌地表水流的运动波模拟

本文论述了用运动波模型（ＫＷＭ）模拟波涌沟灌的地表水流运动给出了数值求解及定解条件，并经过实测资料的验证表明该模型能较好的预报连续和波涌沟灌的地表水流特性，同时对ＫＷＭ的灵敏度进行了分析。     

地表点源滴灌土壤水分运动的动力学模型与数值模拟

本文提出了一种地表点源土壤水分入渗的数值模拟模型.采用ADI隐式差分格式将土壤水分入渗方程离散，用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程.利用质量平衡原理对地表饱和区进行了动态处理.结果表明，数值计算结果较吻合于实测数据，所提出的数值模型既适用于均质土壤，也适用于成层土壤.     

基于HYDRUS模型不同灌水模式下土壤水盐运移模拟

以田间试验为基础,应用饱和-非饱和土壤水分及溶质运动理论,利用HYDRUS-1D/2D数值模型对内蒙古河套灌区不同灌水模式下土壤水分、盐分运移规律进行数值模拟,分析了不同灌溉条件下的水盐运移状态,并将模拟结果与田间试验实测结果进行对比分析。研究结果表明,在相同灌水定额下,100cm土体内沟灌条件下生育期土壤盐分含量平均值比畦灌条件下土壤盐分含量平均值降低24.4%,沟灌可以有效控制土壤盐分的累积。利用HYDRUS模型对土壤水盐运移的模拟结果能够为灌区的水盐管理提供科学依据。     

浙江红壤区水分条件对冬小麦生长的动态耦合模拟

本文讨论了土壤水分运动与作物生长动态耦合模型的建立方法.经与试验结果比较，验证了土壤水分运动和作物生长动态耦合模型对冬小麦生长过程模拟的可靠性，分析了模型中有关作物旱害和渍害耦合参数的灵敏性.应用该模型对南方多雨地区冬小麦生长进行的分析。     

温室熵灌线土源土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学理论，考虑西江柿根系吸水，建立了西红柿生长条件下温室地表滴灌剖面二维土壤水分运动的数学模型，采用ADI法和Gauess-Seidel法联合求解数学模型，并进行了数值模拟，结果表明，温室土壤水分负压的监测值与计算值有着较好的一致性，这对温室地表滴灌灌溉制度的制定具有一定的指导意义。     

地表河网-地下水流系统耦合模拟Ⅰ：模型

本文通过采用联立求解地表河流一维明渠非恒定渐变流与地下水拟三维非稳定流运动方程的技术路线，提出了地表河网与地下水流耦合模拟算法。该算法中地表河网流动分别由质量和动量守恒定律而建立的连续性方程和运动方程所组成；地下水流采用多层“拟三维”非稳定流模型，通过彼此间的水力联系，建立了地表河网-地下水流耦合模拟评价模型，该模型可用于地表水与地下水转化关系较为密切地区的水资源综合评价预测中。     

裂隙水流与混凝土开裂相互作用的耦合模型

利用扩展有限元法对裂隙水压作用下混凝土结构的开裂过程进行了模拟,裂纹中的流体运动在立方定理的基础上求解,混凝土开裂力学行为采用了黏聚裂纹模型来描述,采用松散型的耦合方式考虑裂隙水流和开裂结构间的相互作用。推导了在基于虚节点法的扩展有限元法框架下的耦合模型控制方程,通过双层迭代结构进行总体方程求解,对混凝土试件在裂纹水压作用下的开裂过程进行了数值模拟。不同加载速率条件下的计算结果反映的裂纹水压变化规律均与试验相近,结果也说明了扩展有限元法是处理连续-非连续问题的一种有效方法。     

一维土壤水分运动模型的有限体积法求解及其影响因素分析

基于对Richards控制方程的离散化分析,利用有限体积法对非饱和土壤一维水分入渗运动的一维运动进行数值模拟。通过将模拟结果和已知文献中试验数据进行对比,发现数值吻合较好,证明该模型的程序计算可靠,可将其作为预测一维土壤水分运动的有效工具。并在验证过后从空间角度对影响入渗模型的因素进行了更进一步的分析。     

模拟波浪运动的三维自由表面流动数值模型

基于Navier-Stokes方程建立了三维自由表面流动数值模型来模拟波浪运动.模型中Navier-Stokes方程的求解采用两步投影法,计算域的空间离散采用交错网格.采用满足自由表面运动学边界条件的水位控制方程来计算自由表面.通过数值结果与解析解的比较,验证了本文建立的三维自由表面流动数学模型可以精确的模拟线性色散波以及孤立波沿平底坡和非平底坡的传播.     

基于随机水流网络的土壤水非均匀运动数值模拟

用显色示踪方法通过试验研究了黏土的非均匀流动模式,建立了离散网络模型,根据土体的统计特征描述相互作用的大孔隙和流动通道,构建水流运动的网络系统与小孔隙连续介质的耦合模型。用控制体积有限元法求解两区土壤水分运动的基本方程,采用整体法将土壤基质水流运动方程和不规则水流网络区水流运动方程耦合,解决了网络通道交叉引起的水流相互影响的问题,提高了计算效率。模拟与实验结果对比表明,离散网格模型及方法较好地描述出了优先流运动的特点,比等效连续体模型更为有效的刻画了土壤水流非均性规律。     

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。     

作物生长田间水分平衡的系统模拟

以作物生长模型MACROS(L1D)为基础，建立了土壤水分运动和作物生长耦合关系综合模拟系统. 着重介绍了SPAC体系水分运动子模型，并对土壤水分运动模拟的结果和各类参数的灵敏度等进行了分析.最后，应用该模拟系统对南方多雨地区冬小麦田土壤水分平衡和土壤渍害的发生过程进行了模拟分析。     

滴灌土壤湿润体特征值的数值算法

本文提出了一种新的计算地表点源滴灌土壤水分入渗湿润体特征值的通用数值方法，经过无量纲变换，将地表点源滴灌土壤水分入渗方程转换为无量纲方程。采用Ｖａｎ Ｇｅｎｕｃｈｔｅｒ函数表征有效含水量与压力水头间的关系和相对水力传导率与压力水头间的关系。无量纲数值解仅依赖于无量纲滴头流量和无量纲入渗时间，通用数值计算得到了数值解的验证，并将通用数值计算结果图形化，使用者仅根据本文提供的图形和易测的土壤参数。经过     

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.     

黄河大柳树—沙坡头河段典型弯道水流运动平面二维数值模拟

建立了适体坐标系下的平面二维紊流水流数学模型,对黄河在宁夏回族自治区中卫市境内的大柳树—沙坡头河段典型弯道的水流运动进行数值模拟。为了反映弯道环流的影响,对动量方程进行修正,紊流模型采用修正的RNGk-ε模型。通过对黄河大柳树—沙坡头河段连续弯道水流运动数值计算结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够准确地模拟具有复杂地形的天然河流弯道中的水流运动。利用所建立的模型计算了4种典型工况下水面的纵比降和横比降,得到一些有益的结论。     

土壤空间变异下田间降雨入渗率的分布特性

本文通过Green-Ampt模型矩形剖面的假定来近似土壤水分运动方程,结合土壤地表饱和导水率的空间分布、降雨强度和历时,将土壤地表分为饱和区和非饱和区,根据各区对应的降雨阶段地表自由入渗状态、自由与积水综合入渗状态以及退水阶段的上边界条件,分别推导出各阶段相应的土壤剖面的降雨入渗率的解析解以及平均降雨入渗量的时空变化过程。研究成果为土壤地表空间变异下降雨、入渗和径流之间的关系以及土壤剖面水流的滞后现象提供具有物理基础的计算方法。     

地表水流与地下管流耦合的数值模拟研究

借助于HydroInfo水利计算云平台,针对城市雨洪建模过程中的地表与地下排水管网水流交换问题进行了数值模拟研究。提出了一维地下排水管网与二维城市地表动态耦合的分区匹配算法。通过水从地表流向排水管网、水从管网溢出到地面和溃坝洪水流经管网区等算例的数值计算,与实验室结果进行了比较,对稳态以及非稳态水力条件下计算平台处理地表-地下管网流量交换问题的能力进行了检验。结果分析表明了采用的云计算平台模拟该问题的可行性以及算法的正确性。     

沟灌交汇入渗模型建立与验证

以往对于沟灌入渗研究多是基于自由入渗,而对沟灌交汇入渗的研究较少,沟灌交汇入渗试验因受较多因素影响,相对复杂。为了更加方便地研究沟灌交汇入渗规律,以土壤水动力学原理为基础,研究了沟灌交汇入渗下土壤水分运动规律,建立了沟灌交汇入渗的二维入渗模型。并通过试验对模型进行了检验,以中壤土为例,试验验证了累积入渗量和湿润锋运移位置的合理性,模型计算与试验结果吻合较好,表明所建立的模型是可靠的。这为进一步研究沟灌交汇入渗规律打下了基础。     

基于流固耦合方法的滑坡涌浪数值模拟

以GMO流固耦合模型和k-ε紊流模型为基础,采用VOF方法追踪自由液面,利用FLOW-3D软件平台建立三维数值模型,模拟刚性滑坡体沿斜坡运动所引起的涌浪产生及其传播过程,将数值计算结果与观测数据进行对比,验证数值模型研究此类问题的有效性,并分析流固耦合作用和滑坡体运动状态对涌浪生成和传播过程的影响。结果表明:模拟结果与观测数据吻合较好;忽略水体对滑坡体的作用会明显增加涌浪的首浪高度和传播速度,流固耦合作用主要影响滑坡体从接触水面到完全浸没的阶段(入水阶段)内涌浪的规模与传播特性;在滑坡体入水阶段采用流固耦合数学模型,而当滑坡体完全浸没于水下时采用指定滑坡体运动轨迹的计算模型,这样所得的结果亦能够准确反映涌浪的产生与传播特性。     

基于多重网格的地表水文与二维水动力动态双向耦合模型研究

针对流域洪涝模拟模型的计算精度、格式稳定性及计算效率等问题,本文提出基于多重网格技术的地表水文与二维水动力动态双向耦合模型(M-DBCM)。地表水文模型采用非线性水库法模拟降雨产流和径流;二维水动力模型采用浅水方程模拟洪水演进过程。采用不同分辨率的网格划分计算区域,在粗网格区域采用地表水文模型模拟降雨径流过程;在细网格区域采用二维水动力模型模拟洪涝积水区的水流运动。地表水文和二维水动力模型通过内部耦合移动界面(Coupling Moving Interface, CMI)实现无缝连接,保证通过CMI的水量和动量等通量守恒,提高模型的模拟精度。采用时间显式格式同时求解地表水文和水动力模型,在不同区域采用不同的计算时间步长,以提高模型的计算效率。通过典型案例验证本文构建的耦合模型的性能,结果表明本文提出的动态双向耦合模型能够在保证模拟精度的同时提高计算效率。